DE2751349A1

DE2751349A1 - Hochspannungs-trennschalter

Info

Publication number: DE2751349A1
Application number: DE19772751349
Authority: DE
Inventors: Doan Van Pham
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1976-11-24
Filing date: 1977-11-17
Publication date: 1978-06-01
Also published as: JPS5365980A; FR2372506A1; BR7707800A; FR2372506B1; CA1100617A; US4148085A

Description

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P?.'? !Erfindung bezieh L sich auf einen IIochspannuncs-Tr^nnschalter, insbesondere zur Vorbindung von Hochspannungsnetzen mit unterschiedlichen Stromquellen.

Henn Hochspannungsnetze aus mehreren miteinander verbundenen Quellen versorgt werden, dann muß ein die Verbindung der IJelze herstellender Trennschalter in der Lage sein, einen Kur;*,schlußstrom aufzutrennen, der aus der Summe der von mehreren dieser Quellen stammenden Strörie besteht. Daher muß man m derartigen Systemen Maßnahmen treffen, um die Bedeutung der von den Trennschaltern ausnuhaltenden Trennströme zu verringern.

So kann man in einem System, welches einen Generator und zwei Hochspannungstransformatoren enthält und der Verbindung zweier Hetze dient, die Trennleistung der Trennschalter der Generatoren verringern, jedoch ist die Zeit, während der der ursprüngliche Kurzschiußstrom fließt, verhältnismäßig lang.

Tatsächlich besitzen die Generator-Trennschalter einen hohen Nennsfrom und sind im allgemeinen als Lufttrennschalter ausgebildet. Sie besitzen schwere bewegliche Kontakte, die verhältnismäßig lange Schaltwege besitzen, so daß ihre Schaltdauer ziemlich lang ist.

Wenn aber ein Fehler aus verschiedenen miteinander verbundenen Quellen gespeist wird, dann besteht das Bedürfnis, zum einen sehr schnell die von mindestens einer der Quellen, vorzugsweise der leistungsstarksten, gelieferte Leistung rasch zu verringern, damit die von einem großen Kurzschlußstrom

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harrührenden Schäden begrenzt werden, zum anderon, die ;>tabiLi täb des Netzes und die Synchronisation swischen den einzelnen Quellen mit Hilfe einer Verbindungsimpedanz, üblicherweise einem recht niederohroigen Widerstand zu erhalten, und schließlich die Zeit zu verringern, während der Strom durch diese Ver bindungsimpedanz fließt, um 3O die Leistungsaufnahme dieser Impedanz zu verringern, d.h. also ihre Baugröße. Diese Forderungen werden durch den Hochspannungstrennschalter gemäß dem Ilaup'canapruc't e.rfindungsgomaß erfüllt. Bezüglich bevorzugter Ausführung.^formen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher erläutert.

Fig. I zeigt schematisch zwei erfindungsgemäße Trennschalter zur Verbindung zweier Netze.

Fig. 2 enthält Diagramme zur Betriebsweise der Trennschalter nach Fig. 1.

Fig. ) zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Trennschalter.

Fig. 4 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Trennschalters zwischen einem Generator und einem Netz.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die Anwendung von erfindungsgemäßen Trennschaltern zwischen zwei Schienensätzen einer Verbindungsstation.

In Fig. 1 sind zwei Hochspannungs-Trennschalter Sl und :>? dargestellt, die jeweils zwischen Netzen Bl und B2 und UnLersetzungstransformatoren Tl und T2 angeordnet sind.

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Die Trnmformatoren ihrerseits sind mit einem G^nercitor G über Schubtrennschalter CL und C2 vorbundon, welche jeweils von einer Hilfstrennkammer L]I und Ii2 in Serie mit einem Begrenzungswiderstand Rl und R2 übt^rbrückt sind. Dio Widerstünde R-. und R2 sollen die Üborgangsspannung während des Trennenn dämpfen, und die Hilfstrennkammern EL und E'¹. schalten den durch den Widerstand Rl bzw. R2 begrenzten Strom ab.

Die Trennschalter .'5L und S? besitzen IIc'iu[>ttrennkainmurn Dl und D?., deren Gesamtzeit zur Abtrennung einer» Fehlern .!olir kurz ist (beispielsweise 'jine Periode des KurnschlufS.'itromrj) . Parallel zu den Haupttrennkammern Dl und DI Lit jeweils ein;i Serienschaltung ainer Strombogrenzungsimpedani: R.3 bzw. p.4 und einer Ililfstronnkammer dl bzw. dl vorgesehen. i;benfalls parallel zur Haupt er onnkammer liegt ein;» schnellschlioßundo Kammer Fi bzw. F?, durch die dia Begrenzungswiderstände .'3ehr schnell in einem raschen üffnungs- Jchließzyklus kurzgeschlossen word .ti können, der unmittelbar nach dem Öffnen der JcInU ::-Trennkanuner Cl bzw. C2 und vor dem neuerlichen .Schließen der Kontakte der Haupt brennkammern Dl bzw. 1)2 abläuft.

IJino derartige schaltungsanordnung führt in einoi: miL-schoideiidcjn Verringerung der ü:;it, \/.'ihrend dc;r Strom Ln den Widerständen Rl und R2 fließt. Damit können auch die Abmessungen dieser Widerstände reduziert werden.

DLe gleichartigen Widerstände R 3 und R4 v/erden so bemessen, daß der Generator G bei geöffneten Kamm«rη Cl, El und D2 beispielsweise bei einem Fehler an der Stelle Al weiterhin einen Strom liefert, und zwar über die Kammern C2, d2 und den

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Wi dors':and R4, ausreichend für die Aufrechterhaltung der .Synchronisierung mit dem Hetz B2 und für eine Energielieferung an die Hilfswicklungen X2 über den Transformator T2.

Die Zyklusfolge ergibt sich schematisch aus rig. 2. Dns Diagrnmm Ll zeigt den Schaltzustand der schnellschlioßenden Karomor F?.

Dna Diagrnmm L2 zeigt die .'!teilung der Kontakt« der Ililfstrennknmmer d?..

Das Dingramm L3 neigt die Stellung der Kontakte der Ilauptkaramer D2, Das Diagrijmm L4 "eigt den Strom ie der nicht dargestellten Schließ-];urve der IIau)}ttrennl:ammor 1)2.

Da3 Diagramm L5 zeigt den Strom io in der nicht dargestellten Öffnung3spule der Hnupttrennkammer 1)2. Die Zeile Lf> ?,eigt wichtige Punkte der Zeitachse. D.'iü Diagramm L7 zeigt den Strom ic in der nicht dargestellten Offnungsspule der Schutztrenrikammer Cl.

Da3 Diagramm LO zeigt die Stellung der Kontakte der Schut.z- \rennkammer Cl.
Die Zeile L9 iseigt die Stellung der Kontakte der Hilfskammer El.

Die Gchutztrennkammer C] bzw. C2 vollführt eine eininclie öffnung, während die Kammern Cl, C2, Kl und E2 zu Beginn g«;f3c:h]os.gen sind.

Die Hnupttrennkammer Di bzw. D2 vollzieht ein schnelles Sohn!!spiel Öffnen-Schließen, während die Trennkaramern Dl, D2, r]l und d2 ursprünglich geschlossen sind und die schnellschließenden Kammern Fl und F2 ursprünglich geöffnet sind. Letztere arbeiten nur aufgrund eines Schließbefehls.

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Tritt z.B. am Punkt Λ1 in Fig. 1 zum Zeitpunkt to ein Fohler auf, dann wird der Öffnungsbefehl i:um Zeitpunkt ti gleichzeitig an die Trennkammern CL und D2 gegabcn. Da die Öffnungszeit der Kammer D2 sehr kurz ist, öffnet diese als erste, beispielsweise zum Zeitpunkt t2> die Trennung des Fehlerstroms erfolgt zum Zeitpunkt 1:3, bei dom der Widerstand R-" mit der Hilfstrennkammar D2 in den Stromkreis eingefügt wird und den Kurzschlußstrom nua dem Netz B2 begrenzt.

Der die öchutzknmrner el durchfließende Kurzschlußstrom wird daher auf die Summe dos vom Generator G und des geringen vom Hetz 2 über den Widerstand TA kommenden ,Itroms reduziert. Die 'jchutzkammer C wird mim Zeitpunkt t5 stromlos und fügt nach dein Abschalten des Kurzsahlußstroms den Widerstand PJ. zum Zeitpunkt t6 in den Stromkreis ein, so daß die an der Kammer Cl anliegende Übergangsspannung gedämpft wird.

Der Generator G kann also an die Hilfswicklungen X2 eine Energie über den Transformator T2 liefern und an das Netz B2 über den Transformator T2 und den Widerstand R4. Die Hilfskammer El wird zum Zeitpunkt T9 stromlos und unterbricht den durch den Widerstand Rl fließenden Strom zum Zeitpunkt tlO. Damit ist der Generator G vollständig von der Fehlstelle Al isoliert.

Die schnellschließende Kammer F2, die einen Schließbefehl beispielsweise zum Zeitpunkt t4 nach der Einfügung des Widerstands R4 zugeführt erhält, kann zum Zeitpunkt t7 wieder geschlossen werden, sobald die Schutztrennkammer Cl zum Zeitpunkt t6 stromlos geworden ist. Dadurch kann der Generator

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wieder seine Last ganz oder teilweise an das Netz B2 liefern. Die schnellschließende Kammer F2 öffnet sich automatisch zum Zeitpunkt tl2 nach dem Schließen der Hauptkairanar D2 zum Zeitpunkt 1:11. Die Hilfskainmer U2 öffnet zum Zeitpunkt d8 nach dsm 3nhließen der Kontakte der schnellschließenden Kammer F2 und cjolangt zum Zeitpunkt tl3 wieder in Schließstellung.

Bai einom einfachen Öffnen der Haupttrsnnkammer D2 arbeiten nur die Kontakte der Kammern D2 und d2. Diese Kontakte öffnen sich, soweit die Kammer D2 betroffen ist, zum Zeitpunkt t2 und, soweit die Kammer d2 betroffen ist, zum Zeitpunkt to.

Wenn der Fehler an der Stelle A2 auftritt, dann öffnen sich dagegen die Kontakte der Kammern Dl und C2 und es ergibt sich ein symmetrischer Betrieb.

Die Ansprechgeschwindigkeit der Haupttrennkammern Dl und D2 schützt auch wirkungsvoll die Leitungsabschnitte A¹I Bl und A¹ 2 B2. Tritt nämlich der Fehler an der Stelle A¹¹I oder A" 2 auf, dann genügt das Öffnen der Haupttrennkammer Dl bzw. D2. Diese Kammer isoliert schnell den Generator gegenüber der Fehlstalle und läßt eine direkt« Versorgung der Hilfswicklungen Xl bsv7. X2 über den Transformator Tl bzw. T2 zu.

Wenn der Fehler an der Stelle A¹I bzw. A¹2 auftritt, dann reagieren die Kammern genauso, als wenn der Fehler an der Stelle Al bzw. A2 aufgetreten wäre·

Wenn der Leitungsabschnitt A¹I Bl oder A'2B2 sehr lang ist, d.h., wenn die Station vom Generator weit entfernt liegt, dann schützt die Haupttrennkammer Dl bzw. D2 diesen Abschnitt wie ein üblicher Trennschalter, jedoch wird der Fehler schnell beseitigt.

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Die schnellschließende Kammer Fl b;;w. F2, die schnell den Stromkreis schließt, ehe die Kontakte der Haupttrennkammern Dl und D2 geschlossen werden, besitzt folgende Eigenschaften :

- Die Schließzeit ist sehr kurz (eine oder eineinhalb Perioden).

- Die Kontakte haben eine hohe Schließleistung und eine hohe Beständigkeit gegenüber Überströmen kurzer Dauer (beispielsweise während 50 ms).

- Nach dem Schließen können diese Kontakte nach etwa 50 ms automatisch wieder geöffnet werden. Diese Kontakte, daron Normalstollung die geöffnete Stellang ist, brauchen nicht llennstrom auszuhalten. Die schnellschließende Kammer, die erst nach dem Schließen der zugeordneten Haupttrennkammer in Öffnungsrichtung betätigt wird, besitzt keine Trennleistung.

- In Öffnungsstellung ist die schnellschließonde Kammer mit einem fließenden Isoliermittel, ggfs. unter Druck gefüllt, damit sie die an ihren Anschlüssen anliegende Spannung der Haupttrennkammern auszuhalten vermag. Die Art dieses Mittels und/oder der Druck können von den entsprechenden Migenschaften des in der Haupttrennkammer befindlichen Mittels unterschiedlich sein.

- Die Vorwendung eines Gebläses v/ährend des Schließens zentriert und kühlt den dem Schließen vorangehenden Lichtbogen und kann die Schließleistung erhöhen.

- Die Kontakte können entweder Endkontakte oder Fingerkontali te sein.

- Ein besonderer Schließbefehl bewirkt die Bewegung der Kontakte.

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In dan m Fig. 3 gezeigten Beispiel besitzt jedor Hochspannungstrennschalter in Serie mehrere Hauptknmmern Dl, D¹I, D¹¹I und D¹¹¹I. Jo einer oder mehreren Hauptkammern ist eine schnell3chließende Kammer zugeordnet. Im dargestellten Beispiel sind zwei schnellschließende Kammern Fl und F¹I jeweils zweien der Hauptkammern zugeordnet.

Im Rahmen der Erfindung können die schnellschließenden Kammern auch teilweise in die Haupttrennkammern integriert sein.

Fig. 4 zeigt einen Generator G, der einen einzigen Transformator TL versorgt.

Wenn der Fehler an der Stelle Al auftritt, dann müßte ohne den Haupttrennschalter DL der Schubtrennschalter Cl des Generators G den Kurzschlußstrom des Netzes abschalten. Dieser strom kann in einem großen Netz einem Vielfachen dos Kurzschlußstroms des Generators G entsprechen. In diesem Fall fügt die Haupttrennkammer Dl schnell den Widerstand R3 in den Stromkreis und verringert den Kurzschlußstrom, ehe die Kontakte der Schutzltammer Cl geöffnet werden. Der Strom an der Fehlstelle wird also auf die Summe des Kurzschlußstroms des Generators und einen geringen Strom durch den Widerstand R3 verringert. Die Schutatrennkammer Cl muß nur diesen letzteren Strom abschalten. Sobald die Schutztrennkammer Cl zum Zeitpunkt t6 (Fiy · 2) in Öffnungsstellung ist, kann das Netz über den Transformator Tl an die Hilfswicklungen Xl Energie liefern, und zwar zuerst über den Widerstand R3 und dann über die schnellschließende Kammer Fl, wenn deren Kontakte in Schließstellung gelangt sind.

Wenn der Fehler an der Stelle A2 auftritt, dann löscht die Schutzkammer Cl den Kurzschlußstrom des Generators.

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Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Trennschalters Sl, dessen Haupttrennkammer Dl schnell wieder in Schließstellung gelangt, ist der vom SchutiJtrannschalter Cl, dessen Öffnungszeit langer als die der Haupttrennkammern Dl ist, auszuhaltende maximale Kurzschlußstrom gleich dem Kurzschlußstrom des Generators. Dagegen muß die ochutztrennkammer Cl oine Schließleistung und eine Überspannungsfestigkeit besitzen, die dem maximalen Kurzschlußstrom des Systems entspricht,

Die Schaltfolge bleibt die gleiche wie im Fall der Fig. 1, wobei jedoch der Haupttrennschalter S2 durch den Haupttrennschalter Sl ersetzt ist.

Die Figuren 5 und 6 zeigen beispielhaf 'c_f wie die erfindungsgemäßon Trennschalter Sl und 32 in einer Station mit zwei Schienensätzen verwendet werden. Jeder Trennschalter ist in Serie zwischen einem Schienen-Halbsatz H und I bzw. J und K eingefügt. Fig. 5 entspricht einem Schaltschema mit "eineinhalb Trennschaltern" und Fig. 6 zeigt eine bekannte Station mit zwei Schienensätzen. In beiden Fällen ist die Betriebsweise des Trennschalters mit schnellem Wiederschließen dieselbe.

Wenn beispielsweise an der Stelle Λ1 ein Fehler auftritt, dann erfolgt ein Öffnungs-Schließzyklus der schnellen Trennschalter Sl und 32, und die langsameren Schutztrennschalter Cl und C2 werden geöffnet. Das Auftrennen der Trennkammern Dl und D2 bewirkt die Einfügung der Widerstände Rl und R2 in die Schaltkreise, wodurch der Fehlerstrom in den Schutztrennkammern Cl und C2 verringert wird und das Auftrennen dieser Kammern erleichtert wird. Die Versorgung der fehlerfreien Schienen und die Stabilität der Netze werden zum einen durch

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dia schnelle Beschränkung des Fehlerstroms mit Hilfe der Widerstände Rl und R2 und zum anderen durch das schnelle Schließern der Kammern Fl und F2 bewirkt, durch die die in don Widerständen Ri und R2 absorbierte Energie begrenzt wird.

Im Schema der Fig. 6, in dam die beiden Schienensätüa voneinander unabhängig sind, genügt das Öffnen des Trennschalters Gl für einen Fehler an der Stelle Al.

Die Verwendung der beiden Trennschalters 31 und S2 begrenzt den Kursschlußstrom, den die Schutzschalter Cl. und C2 ausschalton müssen, auf einen Wert, der wesentlich niedriger als der der Gesamtleistung des Netzes entsprechende Strom ist. Dagegen muß dia lUnschaltleistung der Schutztrennknmmern Cl und C2 stehs dem größten KurzsahluGgtrom des Schienensatzes entsprechen.

Die erfindungagemäßsn Trennschalter Sl und S2 können "uuäfcf.lich zu dem schnellen Öffnungs-Schließzyklus alle Schaltvorgängs ausführen, die durch Normen festgelegt sind, z.B. einfachsH Öffnen, einfaches Schließen, Zyklus Öffnen-Schließen-Öffnen....

In der Öffnungsstellung können sie zwei Schaltkreisabschnitte voneinander isolieren und im Fall eines Fehlers auf einem ochienensatz die Spannung an einem Teil der Station aufrechterhalten ·

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Leerseite

Claims

Fo IO 637 D

DETJjK ALSTHOH 3.A.
13O, rue Leon Blum
69611 VILLEURBANNE
Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

( 1 -J Hochspannungstrennschalter, dadurch gekennzeichnet, daß eine schnellöffnende Haupttrennkammer (D2)parallel einerseits zu einer Strombegrenzungsimpedanz (R4) in Serie mit einer Hilfstrennkammer (d2), wobei die Hilfstrennkammer für den durch diese Impedanz begrenzten Strom ausgelegt ist, und andererseits zu einer schnellschließenden Kammer (F2) angeordnet ist, und daß die Haupttrennkammer ausgehend von ihrer Schließstellung gemäß einem Zyklus arbeitet, in dem eine Öffnungsstellung von einer Schließstellung gefolgt ist.

2 τ Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen eines Zyklus ausgehend von der Schließstellung der Hilfstrennkammer (d2) zuerst die Haupttrennkammer (D2) öffnet, dann die schnellschließende Kammer (F2) schließt, die Hilfstrennkammer (d2) öffnet, die Haupttrennkammer (D2) schließt, die schnellschließende Kammer (F2) öffnet und schließlich die Hilfstrennkammer (d2) schließt.

3 - Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Haupttrennkammern (Dl, D¹I) in Serie angeordnet sind, und daß

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eine oder mehrere schnellschließende Kammern (Fl, ί" :.) parallel su einer oder mehreren dieser Ilaupttrannkamraern angeschlossen sind.

4 - Trennschalter nach einem der /xnsprüche 1 bis ', dadurch gekennzeichnet, daß fließende Mittel in den Kammern vorgesehen sind und daß das in der schnollschließenden Kammer (Fl) vorgesehene Mittel nach Art und Betriebsbedingungen sich von den Mitteln unterscheidet, die in der Haupttrennkammer (Dl) vorgesehen 3ind.

5 - Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis Λ, dadurch gekenn zeichnet, daß er zwischen einem Netz (Bl) und einem Untersetzungstransformator (Tl) angeordnet ist, der seinerseits an einen Generator über einen Schutzschalter (Cl) angeschlossen ist.

6 - Trennschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des Schutzschalters (Ci) zwischen dem Öffnen der Haupttrennkammer (Dl) und dem Schließen der schnellschließenden Kammer (Fl) erfolgt.

7 - Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen zwei Schienensätzen einer Hochspannungsstation angeordnet ist.

8 - Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er in Trennrichtung schneller arbeitet als andere Trennschalter (C) des Systems.

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9 - Trennschalter nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn— loistung der anderen Trennschalterfpi) des Systeme stark reduziert ist und daB die Schaltleistung in ScblieBrichtang und die Kurzschluflfestigkeit an den groÄten Kursschlaflstrora des Systems angepaßt sind.

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