DE29713268U1

DE29713268U1 - Vorrichtung zur Entkopplung zweier Netze oder Netzabschnitte

Info

Publication number: DE29713268U1
Application number: DE29713268U
Authority: DE
Original assignee: SEG SCHALTANLAGEN ELEKTRONIK G
Current assignee: SEG SCHALTANLAGEN ELEKTRONIK G
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2007-07-26

Description

HEINZ DIMMERLING PATENTANWALT

24.07.1997
SEG9702DEU

SEG Schaltanlagen-Elektronik-Geräte
GmbH & Co.
Kommanditgesellschaft
Postfach 100767
47884 Kempen

Vorrichtung zur Entkopplung zweier Netze oder Netzabschnitte

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zum Entkoppein eines ersten Netzes oder Netzabschnitts von einem mit ihm über eine Verbindungsleitung gekoppelten zweiten Netz oder Netzabschnitt, mit einem in der Verbindungsleitung angeordneten Schaltelement, zur Trennung der beiden Netze beziehungsweise Netzabschnitte, einem ersten Sensor, zur Erfassung der Spannung auf der Verbindungsleitung und einer Steuerung, zur Auswertung des Signals des Sensors und zur Auslösung des Schaltelements.

Eine derartige Vorrichtung wird zur sehr schnellen Trennung zweier Netze oder Netzabschnitte verwendet. Eine sehr schnelle Trennung von Netzen muß immer dann vorgenommen werden, wenn in einem Netz Störungen auftreten, durch die das andere Netz in unzulässiger Weise in Mitleidenschaft gezogen würde. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn in einem Netz in unmittelbarer Nähe der Koppelstelle ein Kurzschluß auftritt. Würde das nicht vom Kurzschluß betroffene Netz nicht von dem vom Kurzschluß betroffenen Netz abgekoppelt, könnte dies zum Zusam-

menbrechen des nicht vom Kurzschluß betroffenen Netzes mit den damit verbundenen Nachteilen für die am Netz angeschlossenen Verbraucher oder Erzeuger führen.

Dies wäre sehr nachteilig, da es insbesondere für größere Industrieanlagen sehr wichtig ist, ein störungsfrei arbeitendes Energieversorgungsnetz zu haben. Größere Industrieanlagen haben daher häufig eigene Energieerzeuger, welche den Betrieb des Inselnetzes der Industrieanlage bei einer externen Störung aufrechterhalten. Im Normalbetrieb können die Erzeuger einen Teil ihrer Energie an das externe Netz abgeben. Würde das inselnetz der Industrieanlage bei einem Störfall im externen Netz nicht von diesem Netz entkoppelt, würde den Erzeugern mehr Energie entzogen, als für sie zulässig ist. Dies könnte im Ergebnis zur Zerstörung der Energieerzeuger führen.

Darüber hinaus würde sich die Netzstörung auch sehr nachteilig auf die am Inselnetz der Industrieanlage angeschlossen Verbraucher auswirken. Durch Netzstörungen, weiche mit einer starken Absenkung der Versorgungsspannung sowie einer Frequenzänderung verbunden sind, könnte ein vom Inselnetz versorgter Produktionsprozeß soweit gestört werden, daß die Produktion unterbrochen wird und neu begonnen werden muß. Dies ist insbesondere bei Prozessen, welche eine komplexe Anlaufphase haben, sehr kostspielig.

Um das Inselnetz störungsfrei weiter betreiben zu können, ist es daher erforderlich, bei dem Inselnetz nahen Kurzschlüssen das Inselnetz sehr schnell vom externen Netz zu entkoppeln. Hierzu werden regelmäßig Thyristor-Schalter verwendet. Thyristor-Schalter sind zwar in der Lage das Inseinetz sehr schnell von dem externen Netz zu entkoppeln, jedoch weisen sie insbesondere bei hohen Leistungen Nachteile auf. So ist die Herstellung von Thyristor-Schaltern für hohe Leistungen sehr aufwendig, wodurch für hohe Leistungen ausgelegte Thyristor-Schalter sehr teuer sind. Darüber hinaus sind sie sehr störempfindlich, wodurch die Zuverlässigkeit der Netzverbindung beeinträchtigt ist.

Zur Entkopplung von Netzen beziehungsweise Netzabschnitten werden auch sogenannte Kurzschlußstrom-Begrenzer verwendet. Kurzschlußstrom-Begrenzer haben

einen Sprengsatz-Trenner, welcher in der Verbindungsleitung der beiden Netze angeordnet ist. Zur Konfiguration der Netzanordnung, das heißt zum Verbinden und Trennen zweier Netze oder Netzabschnitte im normalen Betriebsfall ist regelmäßig in Reihe zum Sprengsatz-Trenner ein Leistungsschalter angeordnet. Der Leistungsschalter hat jedoch keine Sicherungsfunktion. Die Sicherungsfunktion wird ausschließlich durch den Sprengsatz-Trenner ausgeführt.

Sprengsatz-Trenner weisen regelmäßig ein Schaltelement auf, welches mitteis der Zündung von Sprengstoff explosionsartig geöffnet wird. Zur Unterdrückung eines Lichtbogens im Schaltelement ist parallel zum Schaltelement eine Schmelzsicherung geschaltet, welche während der Zeit, während sich beim Schaltelement ein Lichtbogen ausbilden könnte, den Stromfluß übernimmt. Ist das Schaltelement soweit geöffnet, daß sich ein Lichtbogen nicht mehr ausbilden kann, ist die Schmelzzeit der Sicherung beendet, wodurch der Stromfluß vollständig unterbrochen ist und somit die beiden Netze voneinander entkoppelt sind. Der vollständige Unterbrechungsvorgang mittels eines Kurzschlußstrom-Begrenzers dauert etwa 0,1 Millisekunden.

Aus einer Firmendruckschrift NT PYRO 100 07/87 der Firma Ferraz, Lyon, Frankreich, ist eine als Pyristor bezeichnete Sprengsatzsicherung bekannt, weiche aus einem Sprengsatz-Trenner mit parallel geschalteter Schmelzsicherung, einem Auslöser, einem Transformator und einem Sensor besteht. Der in der Verbindungsleitung zweier Netze geschaltete Sensor gibt sein Signal an die Steuerung ab. Die Steuerung wertet das Signal aus und gibt gegebenenfalls ihrerseits über den Transformator ein Ausiösesignal an den Sprengsatz-Trenner. Überschreitet der in der Verbindungsieitung fließende Strom sowie die Änderung di/dt des Stroms einen bestimmten Wert, wird eine Sprengladung gezündet, wodurch der Sprengsatz-Trenner unterbrochen wird und die Netze entkoppelt werden.

Wenngleich mittels der bekannten Kurzschlußstrom-Begrenzer auch ein ausreichender Schutz beim Auftreten von Überströmen erreicht wird, so sind sie nicht geeignet ein Inselnetz im Störungsfall von einem externen Netz zu entkoppein. Denn sie haben den Nachteil, daß sie nach erfolgter Auslösung nicht ohne weiteres wieder verwendet werden können. Sprengsatz-Trenner müssen, nachdem sie ausgelöst

wurden, aus der Leitung ausgebaut und durch einen anderen Sprengsatz-Trenner ersetzt werden. Dies ist in der Regel sehr zeitaufwendig. Daher ist es regelmäßig nicht möglich, nach dem Auslösen eines Sprengsatz-Trenners zwei Netze wieder in kurzer Zeit miteinander zu verbinden. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Netzstörung nur von kurzer Dauer war und die beiden Netze unmittelbar danach wieder miteinander gekoppelt sein könnten.

Da Netzstörungen sehr unterschiedlich sein können, gibt es Fälle, in denen der Strom und die Stromänderung beziehungsweise die Spannung oder Spannungsänderung zwar einen vorbestimmten Höchst- beziehungsweise Tiefstwert über- beziehungsweise unterschreiten, eine Entkopplung der beiden Netze jedoch nicht innerhalb kürzester Zeit erfolgen muß. Dies könnte beispielsweise bei einem von der Koppelsteile weit entfernten Kurzschluß der Fall sein. Durch Über- beziehungsweise Unterschreiten der Werte würde aber auch in diesen Fällen der Sprengsatz-Trenner ausgelöst, um die beiden Netze voneinander zu trennen. Somit ist auch in diesen Fällen die Zusammenführung der beiden Netze nur durch den aufwendigen Ersatz des Sprengsatz-Trenners möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine eingangs genannte Vorrichtung derart auszubilden, daß sich bei hoher Zuverlässigkeit entkoppelte Netze oder Netzabschnitte zumindest teilweise auf einfache Weise wieder miteinander verbinden lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist das Schaltelement als Sprengsatz-Trenner ausgebildet und ein Leistungsschalter vorgesehen, welcher in Reihe zum Sprengsatz-Trenner in der Verbindungsleitung angeordnet ist und ebenfalls von der Steuerung betrieben wird. Hierdurch ist es in sehr vorteilhafter Weise möglich, zwei Netze auf unterschiedliche Weise voneinander zu entkoppeln. Wird ein Störfail festgestellt, der es gestattet, die beiden Netze oder Netzteile nicht in kürzester Zeit zu trennen, wird der Leistungsschalter geöffnet. Ist die Netzstörung behoben, können die beiden Netze auf einfa-

ehe Weise wieder durch Schließen des Leistungsschalters miteinander verbunden werden. Tritt jedoch eine Netzstörung auf, welche eine sehr schnelle Entkopplung der Netze erfordert, wird der Sprengsatz-Trenner von der Steuerung betätigt. Durch die Steuerung des Sprengsatz-Trenners und des Leistungsschalters durch die beiden gemeinsame Steuerung können jeweils alle in die Steuerung eingegebenen Größen berücksichtigt und kann in jedem Störfall die Entscheidung getroffen werden, welches der beiden Schaltelemente betätigt werden soll. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit die hohe Sicherheit erreicht, die durch den Einsatz von Kurzschlußstrom-Begrenzern gegeben ist, sowie der große Vorteil der einfachen und schnellen Zusammenführung der Netze nach einem Störungsfall erreicht, welcher keine sehr schnelle Trennung der Netze erfordert.

Durch die Verwendung eines Leistungsschalters zusätzlich zum Kurzschluß-Begrenzer können die Netze selektiv getrennt werden. Hierdurch ergibt sich der sehr große Vorteil, daß bei solchen Störfällen, bei denen es nicht erforderlich ist, die Netze in kürzester Zeit zu trennen, die Netze nach Behebung des Störfalls ohne großen Aufwand wieder miteinander verbunden werden können. Dies ist insbesondere bei Industrieanlagen, welche im Normalbetrieb eine größere Menge Energie in das externe Netz einspeisen, oder im umgekehrten Fall im Normalbetrieb eine sehr große Menge Energie benötigen, welche nur vorübergehend durch eigene Energieerzeuger zur Verfügung gestellt werden kann, von sehr großem Vorteil. Denn die Kosten, die durch eine längere Netzentkopplung entstehen, können sehr hohe Beträge erreichen.

In besonders vorteilhafter Weise ist ein zweiter Sensor vorgesehen, mittels welchem der Strom in der Verbindungsleitung erfaßt wird. Durch diesen zweiten Sensor erhält man die Möglichkeit, den Verlauf des Stromes als weiteres Kriterium zur Erkennung der Art der Netzstörung heranzuziehen. Darüber hinaus erhält man durch die Erfassung des Stromes noch die Möglichkeit, weitere Größen wie beispielsweise die Leistung oder den Leistungsfluß aus den erfaßten Größen abzuleiten und zur Beurteilung der Netzstörung heranzuziehen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Steuerung aus den Signalen der Sensoren

weitere Größen betreffend die Änderung und Richtung sowie die Leistung, die Frequenz und Phasenlage der erfaßten Größen ableitet.

Durch eine derart ausgebildete Steuerung ist man in der Lage, eine Netzstörung sehr genau zu analysieren. Durch die genaue Analyse ist es möglich, eine Entscheidung darüber zu treffen, ob die Netze sehr schnell getrennt werden müssen oder eine Trennung mittels des Leistungsschalters vorgenommen werden kann. Da die Entscheidung sehr stark davon abhängt, welche Teilnehmer sich am Netz befinden, ist es sinnvoll die Kriterien je nach Anwendungsfall einzeln festzulegen. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Speicherelement vorgesehen ist, in dem vorbestimmte Grenzwerte der erfaßten oder abgeleiteten Größen gespeichert werden können. Besonders günstig ist es, wenn die Grenzwerte Signalwerten der Sensorelemente bei vorbestimmten Netzstörungen entsprechen. Durch Beobachtung der Netze kann der durch die Sensorsignale beziehungsweise den aus den Sensorsignalen abgeleiteten Größen beschriebene Zustand des Netzes erfaßt und abgespeichert werden. So lassen sich bestimmte Störungen sehr genau erkennen, was dazu führt, daß die Netze in der erforderlichen Weise getrennt werden können.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung.

Ein Versorgungsnetz 1, welches das Netz eines Energieversorgungsuntemehmens (EVU) sein kann, ist über eine Verbindungsleitung 3 mit einem Inselnetz 2, welches beispielsweise das interne Netz einer Industrieanlage sein kann, verbunden. Am Inselnetz sind zwei als Drehstromgeneratoren ausgebildete Energieerzeuger 8 und zwei als Transformatoren dargestellte Verbraucher beziehungsweise Verbrauchereinspeisungen 9 angeschlossen. Die Generatoren 8 sowie die Transformatoren 9 sind jeweils über Trennschalter 10 mit dem Inselnetz 2 verbunden.

In der Verbindungsleitung 3 ist ein Sprengsatz-Trenner 4 geschaltet. In Reihe zum Sprengsatz-Trenner 4 ist in die Verbindungsleitung 3 ein Leistungsschalter 11 geschaltet. Der Sprengsatz-Trenner 4 sowie der Leistungsschalter 11 werden von einer Steuerung 7 betrieben. Der Steuerung 7 werden Ausgangssignaie von einem ersten Sensor 5 und einem zweiten Sensor 6 zugeführt. Der erste Sensor 5 ist ein Spannungsmesser, welcher die Spannung auf der Verbindungsieitung 3 mißt. Der zweite Sensor 6 ist ein Strommesser, welcher den Strom in der Verbindungsleitung 3 mißt.

Die Steuerung 7 ist mit einem Speicherelement 12 verbunden, in welchem Grenzwerte der erfaßten Größen beziehungsweise aus ihnen abgeleitete Größen gespeichert sind. Die Eingabe der Werte in das Speicherelement 12 kann frei geschehen. Die Werte können jedoch auch entsprechend einer bestimmten Störung, das heißt entsprechend einem vorbestimmten Zustand der Meßgrößen oder der aus ihnen abgeleiteten Größen von der Steuerung 7 in das Speicherelement 12 eingebracht werden.

So können beispielsweise in dem Speicherelement 12 Werte eines Zustands abgespeichert sein, bei dessen Erreichen die Netze sehr schnell getrennt werden müssen, das heißt der Sprengsatz-Trenner 4 ausgelöst werden muß, sowie Werte abgespeichert sein, welche einem Zustand entsprechen, bei denen die Netze ohne Nachteile mittels des Leistungsschalters 11 getrennt werden können. Wurden die Netze 1, 2 mitteis des Leistungsschalters 11 getrennt, läßt sich eine Verbindung der beiden Netze 1, 2 auf sehr einfache Weise schnell wieder herstellen.

Claims

Vorrichtung zur Entkopplung zweier Netze oder Netzabschnitte SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Entkopplung eines ersten Netzes oder Netzabschnitts (1) von einem mit ihm über eine Verbindungsleitung (3) gekoppelten zweiten Netz oder Netzabschnitt (2), mit einem in der Verbindungsleitung (3) angeordneten Schaltelement (4), zur Trennung der beiden Netze beziehungsweise Netzabschnitte (1,2), einem ersten Sensor (5 ), zur Erfassung der Spannung auf der Verbindungsieitung (3), und einer Steuerung (7), zur Auswertung des Signals des ersten Sensors (5) und zur Auslösung des Schaitelements (4),
dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltelement (4) ein Sprengsatz-Trenner (4) ist und ein Leistungsschalter (11) in Reihe zum Sprengsatz-Trenner (4) in der Verbindungsleitung (3) angeordnet ist, welcher von der Steuerung (7) in Abhängigkeit des Sensors (5) gesteuert wird.

Mm m · ·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Sensor (6), zur Erfassung des Stromes in der Verbindungsleitung (3) vorgesehen ist, wobei die Steuerung (7) den Leistungsschalter (11) sowie den Sprengsatz-Trenner (4) auch in Abhängigkeit des zweiten Sensors (6) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (7) aus den Signalen der Sensoren (5, 6) weitere Größen betreffend die Änderung und Richtung sowie die Leistung, die Frequenz und Phasenlage der erfaßten Größen ableitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherelement (12) vorgesehen ist, zur Speicherung von vorbestimmten Grenzwerten der erfaßten oder abgeleiteten Größen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte Signalwerten der Sensorelemente (5, 6) bei bestimmten Netzstörungen entsprechen.