DE3427759A1

DE3427759A1 - Circuit and apparatus arrangement for vacuum switching apparatuses, for protection against overvoltages

Info

Publication number: DE3427759A1
Application number: DE19843427759
Authority: DE
Inventors: Bernd-Ulrich Dipl.-Phys. Dr. Habedank; Andreas Dipl.-Ing. 1000 Berlin Luxa
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-07-24
Filing date: 1984-07-24
Publication date: 1986-01-30

Abstract

The overvoltages which occur during switching of a high-voltage motor (6) by means of a vacuum switching apparatus (1) are reduced by means of inductors whose inductance corresponds approximately to the inductance of the cable section (5) located between the vacuum switching apparatus (1) and the motor (6) which is to be switched by said vacuum switching apparatus (1). This inductance is very much less than that of the inductor coils which were previously used for the same purpose. The method of operation of the described inductors is different in principle from that of the previous inductors, since the oscillatory current is not influenced, but the interruption of the current to the vacuum switching apparatus is made more difficult in such a manner that it is extinguished in a subsequent zero crossover of the oscillatory current rather than in the first zero crossover. <IMAGE>

Description

Schaltungs- und Geräteanordnung an Vakuumschaltgeräten zumCircuit and device arrangement on vacuum switching devices for

Schutz gegen Überspannungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungs- und Geräteanordnung für Vakuumschaltgeräte zum Schutz gegen Überspannungen mit einer in Reihe mit dem Vakuumschaltgerät geschalteten und in dessen Nähe angeordneten Drossel.Protection against overvoltages The invention relates to a circuit and device arrangement for vacuum switching devices for protection against overvoltages with a connected in series with the vacuum switching device and arranged in its vicinity Throttle.

Eine Anordnung dieser Art ist durch die Veröffentlichung IEEE Proceedings PAS (1974) Seiten 1472 bis 1477 (Paper T 74 174-9) bekanntgeworden. Die dort beschriebene Drossel ist so bemessen, daß sowohl die Steilheit der Wellenfront der in den zu schaltenden Verbraucher einziehenden Uberspannungswelle gedämpft wird als auch der Hochfrequenzstrom, der als Folge der multiplen Widerzündungen auftritt. Die konstruktive Ausführung der Drossel richtet sich dabei nach den Schalteigenschaften des Vakuumschaltgerätes und weiteren Parametern des Anwendungsfalles. Empfohlen wird ein mit wenigen Windungen versehener Ferrittkern mit einem parallel zu den Windungen geschalteten Widerstand, dessen Widerstandswert dem Wellenwiderstand des zu dem Verbraucher führenden Kabels entspricht. Für Leistungsschalter mit hohem Nennstrom soll eine Ausführung mit einem Kern aus geblechtem Siliziumeisen mit-einer einzigen Windung unter Weglassung des Paralleiwiderstandes gewählt werden.One such arrangement is by the publication IEEE Proceedings PAS (1974) pages 1472 to 1477 (Paper T 74 174-9) became known. The one described there Throttle is dimensioned so that both the steepness of the wave front of the to switching consumer pulling in overvoltage wave is dampened as well as the High frequency current that occurs as a result of multiple reignitions. The constructive one The design of the choke depends on the switching properties of the vacuum switchgear and other parameters of the application. One with a few turns is recommended Ferrite core provided with a resistor connected in parallel to the windings, its resistance value is the wave resistance of the cable leading to the consumer is equivalent to. For circuit breakers with a high rated current, a version with a Core made of laminated silicon iron with a single turn with the omission of the Parallel resistance can be chosen.

Eine Drossel, welche die angegebenen Wirkungen hat, läßt sich nur als Kompromiß ausführen zwischen der angestrebten Wirksamkeit und einer wirtschaftlichen Herstellbarkeit. Dies beruht darauf, daß eine wirksame Verringerung der Spannungssteilheit und eine Dämpfung des Hochfrequenzstromes nur durch eine verhältnismäßig große Induktivität zu erreichen ist. Soll diese aber verlustarm und kurzschlußfest sein, so entsteht ein nicht zu vernachlässigender konstruktiver und wirtschaftlicher Aufwand.A throttle, which has the specified effects, can only execute as a compromise between the desired effectiveness and an economic one Manufacturability. This is because there is an effective reduction in the steepness of the voltage and damping of the high-frequency current only through a relatively large inductance can be achieved. However, if this is to be low-loss and short-circuit-proof, then it arises a not to be neglected constructive and economical effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs-und Geräteanordnung der eingangs genannten Art mit wesentlich verringerten Abmessungen und Kosten zu schaffen.The invention is based on the object of a circuit and device arrangement of the type mentioned with significantly reduced dimensions and costs create.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Induktivität der Drossel etwa der Induktivität des zwischen dem Vakuumschaltgerät und dem durch dieses zu schaltenden Verbraucher liegenden Kabelabschnittes entspricht. Diese Induktivität ist verhältnismäßig gering, so daß eine entsprechende Drosselspule trotz guter starkstromtechnischer Eigenschaften klein und preiswert herstellbar ist. Die überraschende Wirksamkeit einer derart kleinen Induktivität beruht auf einem gegenüber den bisherigen Drosselspulen völlig verschiedenen Wirkungsprinzip. Die kleine Induktivität läßt den Schwingstrom der multiplen Widerzündungen im wesentlichen unbeeinflußt, erschwert jedoch den Schaltstrecken des Vakuumschaltgerätes die Unterbrechung des Stromes in solchem Maß, daß die Löschung des Stromes nicht im ersten, sondern erst in einem späteren Nulldurchgang des Schwingstromes erfolgt. Dadurch steigt die Spannung nach der Löschung wesentlich langsamer an, so daß es entweder gar nicht zu einer neuen Rückzündung kommt, oder aber erst nach einem bestimmten Zeitintervall, in dem die Spannungsfestigkeit der Schaltstrecke bereits zugenommen hat. Der Vorgang wird dann nach einigen wenigen Widerzündungen beendet, ohne daß es zu dem gefährlichen Aufschwingen der Spannung kommt.According to the invention, this object is achieved in that the inductance the choke is roughly the inductance of the between the vacuum switchgear and the through this cable section to be switched to be switched corresponds to. This inductance is relatively low, so that a corresponding choke coil despite good high-current technology Properties is small and inexpensive to manufacture. The surprising effectiveness Such a small inductance is based on a relative to the previous choke coils completely different principle of action. The small inductance lets the oscillating current the multiple re-ignitions essentially unaffected, but complicates the Switching distances of the vacuum switching device the interruption of the current in such Measure that the extinction of the current not in the first, but in a later one Zero crossing of the oscillating current takes place. This increases the voltage after the erasure much more slowly, so that there is either no re-ignition at all comes, or only after a certain time interval in which the dielectric strength the switching distance has already increased. The process will then take place after a few Reignition ended without causing the dangerous surge of voltage comes.

Um eine gute Wirksamkeit einer nach der Erfindung bemessenen Drossel sicherzustellen, ist es nicht erforderlich, daß die Induktivität genau der Kabelinduktivität entspricht.To ensure good effectiveness of a throttle dimensioned according to the invention To ensure it is not necessary that the inductance is exactly the same as the cable inductance is equivalent to.

Vielmehr ist anhand einer mathematischen Funktionsbetrachtung zu erkennen, daß eine gute Wirksamkeit der Drosselspule auch dann zu erwarten ist, wenn ihre Induktivität den ein- fachen bis zehnfachen Wert der Kabelinduktivität beträgt. Dies ermöglicht die Anwendung einer einheitlichen Ausführungsform für eine Vielzahl üblicher Anlagen mit Motoren und Vakuumschaltgeräten.Rather, it can be seen on the basis of a mathematical function analysis, that a good effectiveness of the choke coil can be expected even if its Inductance times to ten times the value of the cable inductance amounts to. This enables the use of a uniform embodiment for a Many common systems with motors and vacuum switching devices.

Es ist bereits bekannt, für Schutzzwecke vorgesehene Drosseln in der Nähe der Schaltgeräte anzuordnen (vgl. die genannte Veröffentlichung). Wegen der verhältnismäßig großen Bauformen der bisher üblichen Drosselspulen war diese Anordnung jedoch bisher nicht einfach zu verwirklichen.It is already known, intended for protective purposes chokes in the To be arranged close to the switching devices (see the publication mentioned). Because of the This arrangement was relatively large designs of the previously common choke coils however not easy to realize so far.

Demgegenüber ist die erwünschte räumliche Nähe zwischen Drosselspule und Vakuumschaltgerät infolge der kleinen Abmessungen einer nach der Erfindung bemessenen Drossel leicht zu bewerkstelligen. Insbesondere empfiehlt es sich, die Drossel für jeden Phasenleiter durch einen den Phasen leiter umgebenden Ring aus Ferrit mit hoher Permeabilität und hoher Sättigungs-Flußdichte zu bilden.In contrast, the desired spatial proximity between the choke coil and vacuum switchgear due to the small size of a dimensioned according to the invention Throttle easy to do. In particular, it is recommended that the throttle for each phase conductor by a ring of ferrite surrounding the phase conductor high permeability and high saturation flux density.

Dies kann unmittelbar an den Anschlußklemmen des Vakuumschaltgerätes geschehen.This can be done directly at the connection terminals of the vacuum switchgear happen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is described below with reference to that shown in the figure Embodiment explained in more detail.

Die Figur zeigt schematisch ein Vakuumschaltgerät 1, dessen abgehende Phasenleiter 2, 3 und 4 durch ein Kabel 5 mit einem Motor 6 verbunden sind. Anordnungen dieser Art werden häufig in Verbindung mit Hochspannungsmotoren benutzt, deren Betriebsspannung zwischen etwa 3 kV und 10 kV liegt. Da Vakuumschaltstrecken schon bei geringem Abstand der Kontakte eine hohe Spannungsfestigkeit erreichen, können beim Ausschalten multiple Widerzündungen auftreten, die zusammen mit der Erscheinung des virtuellen Stromabrisses in dem eingangs genannten Aufsatz näher beschrieben sind. Diese Erscheinungen, die für die Wicklungsisolation des Motors 6 eine außerordentlich hohe Beanspruchung darstellen, werden durch Ferritringe 7 vermieden, die unmittelbar an dem Vakuumschaltgerät 1 an den Phasenleitern 2,3 und 4 angeord- net sind. Hierdurch werden Drosseln mit einer verhältnismäßig kleinen Induktivität gebildet.The figure shows schematically a vacuum switching device 1, its outgoing Phase conductors 2, 3 and 4 are connected to a motor 6 by a cable 5. Arrangements of this type are often used in connection with high-voltage motors, their operating voltage is between about 3 kV and 10 kV. Since there is vacuum switching sections even at a short distance of the contacts achieve a high dielectric strength, multiple Reignitions occur, along with the appearance of the virtual current stall are described in more detail in the article mentioned above. These appearances that an extremely high stress for the winding insulation of the motor 6 represent, are avoided by ferrite rings 7, which are located directly on the vacuum switchgear 1 arranged on phase conductors 2, 3 and 4 are net. This will be Chokes formed with a relatively small inductance.

Eine geeignete Bemessung der Induktivität läßt sich folgendermaßen ermitteln: Man geht davon aus, daß entscheidend für die Wirksamkeit der Drossel die Steilheit der transienten wiederkehrenden Spannung ist, die nach einer erfolgreichen Löschung des Schwingstromes auftreten würde. Sie ergibt sich aus der Höhe der Spannung n u und der Zeit T bis zum Erreichen des Scheitelwertes. Bezeichnet man mit Lx die Induktivität der Drossel und mit di die Steilheit des Stromes, so ist dt Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Steilheit des Stromes durch die Induktivität der Drossel sowie die Induktivität des Kabels etwas beeinflußt wird: Ferner ist zu berücksichtigen, daß die Zeit bis zum Erreichen des Scheitelwertes durch die Streukapazität Ce beeinflußt wird, die zwischen der Drossel und dem Schalter vorhanden ist. Mit dem außerdem bestehenden Einfluß der Induktivität der Drossel Lx erhält man für die Zeit T Hieraus läßt sich nun die Abhängigkeit der Spannungssteilheit Su von den Induktivitäten bestimmen: Dieser Ausdruck hat ein Maximum bei Lx = LL Dieses Maximum ist aber zu höheren Werten-nicht sehr deutlich ausgeprägt, so daß Lx auch den mehrfachen Wert von LL haben könnte. In der Praxis haben die Kabelabschnitte eine Induktivität in der Größenordnung von 20 bis 60 pH, so daß für die Drosselspule eine Induktivität von 100 bis 200 pH gewählt werden kann. Eine solche Drosselspule ist ohne weiteres so ausführbar, daß sie nur bei Kurzschlußströmen in Sättigung geht, um das Kurzschluß-Schaltvermögen des Vakuumschaltgerätes 1 nicht zu beeinflußen. Gleichfalls läßt sich eine Drosselspule mit der angegebenen kleinen Induktivität ohne weiteres so ausführen, daß ihr Einfluß im normalen Lastbetrieb gegenüber der großen Induktivität des Motors 6 vernachläßigt werden kann.A suitable dimensioning of the inductance can be determined as follows: It is assumed that the steepness of the transient recurring voltage is decisive for the effectiveness of the choke, which would occur after a successful cancellation of the oscillating current. It results from the level of the voltage nu and the time T until the peak value is reached. If one denotes the inductance of the choke with Lx and the steepness of the current with di, then dt It should be noted that the steepness of the current is somewhat influenced by the inductance of the choke and the inductance of the cable: It should also be taken into account that the time until the peak value is reached is influenced by the stray capacitance Ce which is present between the choke and the switch. With the also existing influence of the inductance of the choke Lx one obtains for the time T From this the dependence of the voltage gradient Su on the inductances can be determined: This expression has a maximum at Lx = LL. However, this maximum is not very clearly pronounced at higher values, so that Lx could also have a multiple of LL. In practice, the cable sections have an inductance in the order of magnitude of 20 to 60 pH, so that an inductance of 100 to 200 pH can be selected for the choke coil. Such a choke coil can easily be designed in such a way that it only saturates in the event of short-circuit currents, so as not to influence the short-circuit switching capacity of the vacuum switching device 1. Likewise, a choke coil with the specified low inductance can easily be designed in such a way that its influence in normal load operation compared to the high inductance of the motor 6 can be neglected.

Durch ihre gegenüber den bisher bekannten Drosselspulen grundsätzlich veränderte Bemessung gelangt man zu einem kleinen und preiswert herstellbaren Schutzmittel gegen die schädlichen Auswirkungen multipler Widerzündungen in Verbindung mit Vakuumschaltgeräten. Die geringen Abmessungen ermöglichen es, die Induktivitäten sehr nahe bei dem Schaltgerät unterzubringen oder beide miteinander konstruktiv zu vereinigen.By their compared to the previously known choke coils in principle changed dimensioning leads to a small and inexpensive to manufacture protective means against the harmful effects of multiple reignitions in connection with vacuum switching devices. The small dimensions make it possible to have the inductances very close to the switching device to accommodate or to combine both constructively.

3 Ansprüche 1 Figur3 claims 1 figure

Claims

Claims 1. Circuit and device arrangement on vacuum switching devices for protection against overvoltages with a connected in series with the vacuum switchgear and a throttle arranged in its vicinity, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the inductance of the choke is approximately the inductance of the between the vacuum switching device (1) and the cable section to be switched through this consumer (6) (5) corresponds.

2. Circuit and device arrangement according to claim 1, d a d u r c h It is not noted that the inductance between the simple and the ten times the value of the inductance of the cable section (5).

3. Circuit and device arrangement according to claim 1, d a d u r c h it is noted that the choke for each phase conductor (2, 3, 4) through a ring (7) made of ferrite with high permeability and surrounding the phase conductor high saturation flux density is formed.