DE3223392A1 - Schutzanordnung fuer einen reihenkondensator in einem hochspannungsnetz - Google Patents

Schutzanordnung fuer einen reihenkondensator in einem hochspannungsnetz

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DE3223392A1 DE19823223392 DE3223392A DE3223392A1 DE 3223392 A1 DE3223392 A1 DE 3223392A1 DE 19823223392 DE19823223392 DE 19823223392 DE 3223392 A DE3223392 A DE 3223392A DE 3223392 A1 DE3223392 A1 DE 3223392A1
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Description

Schutzanordnung für einen Reihenkondensator in einem Hochspannungsnetz
Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung für einen Reihenkondensator in einem Hochspannungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der spannungsabhängige Widerstand ist dabei vorzugsweise aus Zinkoxydvaristoren aufgebaut.
Bei der Verwendung von Reihenkondensatoren bzw. Reihenkondensatorbatterien in einer Hochspannungsleitung, wobei der Reihenkondensator mit einem "überspannungsschutz in Form von ZnO-Varistoren kombiniert ist, ist es häufig erforderlich, eine Parallelfunkenstrecke zu zünden, sobald die ZnO-Varistoren bis an ihre thermische Belastungsgrenze ausgenutzt sind. Um nämlich die Kosten für den spannungsabhängigen Widerstand niedrig zu halten, wird dieser so bemessen, daß er nur eine begrenzte Energiemenge aufnehmen kann. Wenn die aufgenommene Energie den durch die Bemessung vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Parallelfunkenstrecke gezündet, die anschließend durch eine äußere Stromunterbrechung oder eine Parallelschaltung wieder gelöscht wird.
Für eine Schutzfunkenstrecke dieser Art sind bereits verschiedene Zündvorrichtungen bekannt.Diese basieren auf der Speicherung elektrischer Energie beispielsweise in einem Kondensator, der über Leitungsstromspeisevorrichtungen
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mit Reservespeisung mittels Batterie usw. geladen wird (US-PSen 3 670 175 und 4 174 529).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Zündvorrichtung für die Schutzfunkenstrecke keine separate Energieversorgung erfordert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schutzanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Gemäß der Erfindung wird der Varistorstrom direkt dazu benutzt, um über einen Stromwandler und einen Impulstransformator einen Hochspannungsimpuls zur Zündung der Funkenstrecke zu erzeugen. Bei normalem Betrieb sind der Stromwandler und der Impulstransformator durch einen Schalter kurzgeschlossen, der direkt oder indirekt von der Varistortemperatur gesteuert wird. Wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Schalter geöffnet, und ein Zündimpuls kann zur Funkenstrecke passieren. Durch die Verwendung des Varistorstromes zur Erzeugung des Zündimpulses wird erreicht, daß keine separate Energieversorgung erforderlich ist. Ferner wird erreicht, daß der Zündimpuls automatisch mit dem Scheitelwert der Netzspannungswelle an der Funkenstrecke synchronisiert ist und dieselbe Polarität wie diese hat, wodurch man eine sichere Zündung der Funkenstrecke erhält. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwei Bedingungen erfüllt sein müssen, damit ein Hochspannungsimpuls abgegeben werden kann: Es muß
It * Λ *
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(a) der Energieabsorptionsdetektor ein Auslösesignal geben, d.h. daß die thermische Belastungsgrenze für den Varistor muß erreicht worden sein, und
(b) durch den Varistor muß Strom fließen.
Dies bedeutet, daß die Funkenstrecke nur während eines tatsächlichen Fehlerzustandes im Hochspannungsnetz gezündet werden kann.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung des Prinzips der Schutzanordnung gemäß der
Erfindung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine zu der Schutzanordnung gehörende Zündvorrichtung mit mechanischer Schaltanordnung, Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer solchen Zündvorrichtung mit einer elektronischen Schaltanordnung,
Fig. 4 eine Ausführungsform eines zu der Zündvorrichtung gemäß Fig. 3 gehörenden Stromintegrators.
Figur 1 zeigt eine Schutzanordnung für einen im Zuge einer Hochspannungsleitung 1 liegenden Reihenkondensator 2, bei dem es sich um eine Kondensatorbatterie handeln kann. Parallel zu dem Kondensator 2 liegt ein spannungsabhängiger Widerstand 3, der den Kondensator gegen gefährliche Überspannungen schützt, die beispielsweise bei einem Kurzschluß der Hochspannungsleitung auftreten können. Der Widerstand 3 besteht aus einer großen Anzahl von ZnO-Varistorblöcken, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Parallel zu dem Widerstand (Varistor) 3 liegt eine fremdgezündete Funkenstrecke 4, die den Widerstand 3 überbrückt, wenn dieser seinen thermischen. Belastungsgrenzwert überschreitet. In
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Reihe mit der Funkenstrecke 4 liegt eine Parallelschaltung aus einer Drossel 5 und einem Widerstand 6 zur Begrenzung der Amplitude des Kondensatorstroms., wenn die Funkenstrecke zündet. Parallel zur Funkenstrecke 4 liegt ein Nebenwegschalter 7> dessen Betätigungsvorrichtung 8 von dem Strom über die Funkenstrecke gesteuert wird. Dadurch wird nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Zündung der Funkenstrecke der Schalter 7 geschlossen und folglich die Funkenstrecke gelöscht.
Zur Zündung der Funkenstrecke 4 wird der durch den Varistor 3 fließende Strom direkt dazu benutzt, um über einen Stromwandler 9 und einen Impulstransformator 10 einen Hochspannungsim-
(_3, η /
puls zu erzeugen, derTaie Funkenstrecke 11 gegeben wird. Das Zündungssignal wird jedoch dadurch verzögert, daß der Zündkreis durch einen Schalter 12 kurzgeschlossen wird, der direkt oder indirekt von der Temperatur des Varistors 3 gesteuert wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird auch der Schalter 12 über einen zweiten Stromwandler 13 und einen Energieabsorptionsdetektor 14 direkt von dem Varistorstrom gesteuert. Wenn die Varistortemperatur ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, wird der Schalter 12 geöffnet, und ein Aktivierungsimpuls kann zur Funkenstrecke 4 passieren.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Zündvorrichtung, bei der der Schalter 12 aus einem überstromzeitrelais mit Ruhekontakt besteht. Das Relais kann mechanischer oder elektronischer Art sein. Die Steuervorrichtung 12a (die Relaisspule) des Relais liegt im Sekundärkreis des Stromwandlers 9. Eine solche Ausführungsform ist relativ einfach und kann außerdem leicht mit einer im Prinzip sofortigen Auslösung des Relais bei großen Überströmen, beispielsweise wenn ein Kurzschluß in der Nähe der Kondensatorbatterie auftrifft, kombiniert werden. Bei solchen Fehlerfällen ist es wünschenswert, daß die Auslösung sofort erfolgt und nicht erst dann, wenn die thermische Belastungsgrenze des Varistors 3 erreicht worden ist.
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NAGHQEREICHT
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Zündvorrichtung, bei welcher der Schalter 12, der die Sekundärwicklung des Stromwandlers 9 kurzschließt, nur aus statischen Schaltungselementen aufgebaut ist. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 9 ist an einen Doppelwegbrückengleichrichter 15 angeschlossen, dessen Gleichstromseite bei normalem Betrieb über einen Transistor 16 kurzgeschlossen ist. In Reihe mit der Primärwicklung des Impulstransformators 10 liegen zwei antiparallel geschaltete Dioden 17, 18, die einen Spannungsfall
•JO von derselben Größe bewirken wie der Spannungsfall am Gleichrichter 15 und am Transistor 16. Dadurch wird dem Impulstransformator 10 bei normalem Betrieb keine Spannung zugeführt. Parallel zum Transistor 16 liegt ein Varistor 19 als "überspannungsschutz sowie ein aus einem Kondensator 20, einer Diode 21 und einem Widerstand 22 bestehender Zweig, um den Transistor gegen hochfrequente transiente Spannungen zu schützen, die auftreten können, wenn der Transistor in den nicht stromführenden Zustand übergeht.
Der Transistor 16 wird vom Stromwandler 13 über einen Stromintegrator 24, einen Niveaudetektor 25 und einen weiteren Transistor 26 gesteuert, der bei normalem Betrieb nicht leitend ist. Zwischen der'Basis des Transistors 26 und dem Emitter liegt ein Widerstand 27 zur Entstörung transienter Spannungen.
Figur 4 zeigt, wie der Stromintegrator 24 aufgebaut sein kann, Die Sekundärseite des .Stromwandlers 13 ist an einen Doppelwegbrückengleichrichter 28 angeschlossen, an dessen Gleichstromseite zwei Parallelzweige angeschlossen sind, von denen der eine einen Widerstand 29 und der andere einen Kondensator 30 enthält, der zu einem Widerstand 31 parallel · und mit einem Widerstand 32 und einer Diode 33 in Reihe liegt. Der Widerstand 29 ist niederohmig im Verhältnis zu der Impedanz -in dem anderen Parallelzweig.
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I NACHOEREIOHT j
_ Q _ ι.1 .. .1
Der gleichgerichtete Strom lädt den Kondensator 30 auf, und die Kondensatorspannung wird ein Maß für die im Varistor entwickelte Energie. Der Widerstand 31 ist so bemessen,daß die Zeitkonstante der Entladung des Kondensators 30 über den Widerstand 31 der Zeitkonstante entspricht, mit welcher der Varistor nach dem Auftreten einer überspannung abkühlt. Wenn der dem Kondensator 30 innewohnende Leckwiderstand eine geeignete Größe hat, kann der Widerstand 31 entfallen.
Die Spannung am Kondensator 30 wird dem Niveaudetektor 25-zugeführt, dessen Ansprechwert so bemessen ist, daß er dann ein Signal an den Transistor 26 (Fig. 3) gibt, wenn der ZnO-Varistor 3 bis an seinen thermischen Belastungsgrenzwert ausgenutzt ist. Wenn der Transistor 26 auf diese Weise Steuerstrom erhält, entsteht ein Stromkreis durch den Transistor 26 und den zwischen der Basis des Transistors und dem Kollektor liegenden Widerstand 23. Dadurch sinkt die Spannung an der Basis des Transistors 16, so daß dieser in den nicht leitenden Zustand übergeht. Dabei wird der Impulstransformator 10 aktiviert und gibt einen Zündimpuls an die Funkenstrecke 4 zu.dem Zeitpunkt, zu dem die folgende netzfrequente Spannungshalbwelle an der Funkenstrecke ihren Höchstwert hat.
,Der Stromwandler 9 und der Impulstransformator 10 können, beispielsweise in einem Dreiwicklungstransformator mit einem gemeinsamen Eisenkern, kombiniert werden. Die eine Wicklung bildet dabei die gemeinsame Primärwicklung, während die zweite Wicklung der Sekundärwicklung des Stromwandlers entspricht, die normalerweise von dem Schalter 12 kurzgeschlossen wird. Die dritte Wicklung entspricht der Sekundärwicklung des Impulstransformators 10.
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Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    \1J Schutzanordnung für einen Reihenkondensator (2) in einem Hochspannungsnetz (1) mit einem parallel zu dem Reihenkondensator (2) angeordneten spannungsabhängigen Widerstand (3), mit einer parallel zu dem Widerstand (3) angeordneten Funkenstrecke (4) zur überbrückung des Widerstandes (3) bei Überlastung, mit einem stromerfassenden Glied (9) zum Erfassen des durch den Widerstand fließenden Stromes, mit einem Energieabsorptionsdetektor (14) zum direkten oder indirekten Erfassen der Temperatur des Widerstandes (3) und mit einem Impulstransformator (10) zur Erzeugung von Spannungsimpulsen zur Zündung der Funkenstrecke (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Impulstransformator (10) elektrisch oder magnetisch an das stromerfassende Glied (9) angeschlossen ist, daß das stromerfassende Glied (9) bei normalem Betrieb von einer Schaltanordnung (12) kurzgeschlossen ist und daß die Schaltanordnung (12) von dem Energieabsorptionsdetektor (14) auf solche Weise gesteuert wird, daß sie öffnet, wenn die Temperatur des Widerstandes (3) einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei ein vom Strom durch den Widerstand über das stromerfassende Glied (9) und den Impulstransformator (10) erzeugter Zündimpuls zur Funkenstrecke (4) passie-
    25 ren kann.
  2. 2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Widerstand (3) aus Zinkoxydvaristoren aufgebaut ist.
    30
  3. 3. Schutzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stromerfassende Glied (9) ein Stromwandler ist.
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    J NACMaEREIGHT - 2 - L
  4. 4. Schutzanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des Stromwandlers (9) und des Impulstransformators .(10) auf einem gemeinsamen Eisenkern aufgebracht sind,
  5. 5. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung (12) ein mechanisches oder statisches überstromzeitrelais mit Ruhekontakt (Invertcharakteristik) ist.
  6. 6. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung (12) ein Bimetallrelais ist.
  7. 7. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung ein elektronischer Schalter, beispielsweise ein Transistorschalter,ist.
  8. 8. Schutzanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieabsorptionsdetektor (14) einen Kondensator
    (30) enthält, der so angeordnet ist, daß er bei einer Überspannung am Reihenkondensator (2) von einem Strom aufgeladen wird, der dem durch den spannungsabhängigen Widerstand (3) fließenden Strom entspricht, und daß die Spannung am Kondensator (30) ein Maß für die in dem spannungsabhängigen Widerstand (3) umgesetzte Energiemenge ist.
  9. 9. Schutzanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Kondensator (30) ein Widerstand (31) parallelgeschaltet ist, dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß die Entladung des Kondensators (30) über den Widerstand (31) mit einer Zeitkonstante erfolgt, die der Zeitkonstanten des Abkühlverlaufes des spannungsabhängigen Widerstandes (3) entspricht.
    /3
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