DE3444317A1

DE3444317A1 - Reaktorschalter

Info

Publication number: DE3444317A1
Application number: DE19843444317
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. Untersiggenthal Ruoss
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1986-05-15
Anticipated expiration: 2004-12-06
Also published as: DE3444317C2; JPS61121217A; CA1294327C; CH665053A5; US4831487A

Description

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12.11.84 Ka/eh

REAKTORSCHALTER

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Reaktorschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Reaktorschaltern Bezug, wie ihn G. Köppl und E. Ruoss im Aufsatz "Schaltüberspannungen in Hoch- und Höchstspannungsnetzen", veröffentlicht in Brown Boveri Mitt. 1970, S. 554 ff., beschrieben haben. Beim Oeffnen der Schaltstelle des bekannten Reaktorschalters kann beim Abreissen des Stromes vor seinem natürlichen Nulldurchgang bedingt durch die Induktivität und die Kapazität des Reaktors als wiederkehrende Spannung eine Schwingspannung auftreten, deren Amplitude falls notwendig, durch parallel zur Schaltstelle gelegte Dämpfungswiderstände begrenzt werden kann. Trennen sich beim Oeffnen die Kontakte der Schaltstelle erst kurz vor dem Stromnulldurchgang, so kann es zu einer Rückzündung im Schalter kommen. Findet diese Rückzündung bei einer genügend hohen Amplitude der Schwingspannung der wiederkehrenden Spannung statt, so können am Reak-

tor zusätzlich Rückzündschwingungen mit sehr raschen Spannungsänderungen auftreten, welche eine Gefährdung der Isolation des Reaktors nach sich führen können.

Die Erfindung wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Reaktorschalter der gattungsgemässen Art anzugeben, bei dem Rückzündschwingungen mit unzulässig hohen Spannungsänderungen in einfacher und sicherer Weise vermieden werden.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemässe Reaktorschalter zeichnet sich dadurch aus, dass auch bei extremen Schaltfällen Steilheiten von möglicherweise am Reaktor auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingungen bei vergleichsweise geringer Energieabsorption begrenzt werden. Isolationsschäden am Reaktor können daher bereits schon mit Widerständen vermieden werden, welche lediglich zur Aufnahme kleiner Energiemengen bemessen sind. Darüber hinaus lassen sich mit diesem Schalter innerhalb kürzester Zeit problemlos eine grosse Anzahl von Schaltungen vornehmen.

Aus der DE-OS 30 38 561 ist es zwar bekannt, spannungsabhängige Widerstände parallel zu einer Schaltstrecke anzuordnen, um so ein optimales Schalten von Transformatoren zu ermöglichen. Hierbei ist jedoch zwischen dieser Schaltstrecke und dem Transformator eine weitere Schaltstrecke vorgesehen, zu welcher ein Widerstand und eine Hilfsschaltstrecke parallel geschaltet sind. Eine solche Anordnung ist jedoch ziemlich aufwendig, da sie zwei unterschiedlich beschaltete Schaltstrecken benötigt.

Ferner hat F. Parschalk im Aufsatz "Höchstspannungs-Druckluftschnellschalter grosser Ausschaltleistungen für Schwerpunkte des Verbundbetriebes", BBC-Nachrichten Bd. 41 (1959) S. 328 einen Schalter beschrieben, bei dem parallel zu einem Löschkontakt eine Serienschaltung einer Hilfsschaltkammer und eines spannungsabhängigen Widerstandes liegt. Dieser Widerstand liegt dem Löschkontakt nur während des sehr kurzen Ausschaltvorganges parallel, wodurch eine ideale Potentialsteuerung und damit eine optimale Ausschaltleistung erreicht werden.

Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten und die Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten Reaktorschalters,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der beim Ausschalten eines bekannten Reaktorschalters über dem Reaktor wirkenden Spannung, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der beim Ausschalten eines erfindungsgemässen Reaktorschalters über dem Reaktor wirkenden Spannung.

In Fig. 1 sind zwei in Serie geschaltete Schaltstellen 1 und 2 eines Reaktorschalters angegeben, welche zwischen einer Phase einer Hochspannungsleitung 3 und einem Reaktor 4 angeordnet sind. Parallel zu jeder der beiden Schaltstellen 1 bzw. 2 ist jeweils ein spannungsabhängiger Wider-

stand 5 bzw. 6 geschaltet. Solche Widerstände sind vorzugsweise als Metalloxid-Widerstände auf der Basis von Zinkoxid ausgebildet, kann aber auch jeder andere sp'annungsabhängige Widerstand sein, dessen Strom-Spannungs-Kennlinie stark nichtlinear ausgebildet ist und eine gegenüber Siliziumkarbid-Widerständen wesentlich höhere Nichtlinearität aufweist. Parallel zum Reaktor 4 ist noch eine Kapazität 7 dargestellt, welche im wesentlichen durch die Eigenkapazität des Reaktors 4 gegeben ist.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Reaktorschalters wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Beim Ausschalten öffnen sich die Schaltstrecken 1 und 2 und kann der im Reaktor 4 geführte Strom vor seinem natürlichen Nulldurchgang zum Zeitpunkt t. abgerissen werden. Der Stromabriss führt zu einer Ueberspannung, welche mit der Eigenfrequenz des Reaktors 4 um Null oder um eine gegenpolige betriebsfrequente Spannung mit der Eigenfrequenz des Reaktors 4 von beispielsweise einigen kHz schwingt. Lieber den Schaltstellen 1 und 2 erscheint als wiederkehrende Spannung U die Differenz der Netzspannung und dieser Schwingspannung.

Der Verlauf der wiederkehrenden Spannung ist in den Fig. 2 und 3 in ρ.u.-Einheiten dargestellt, wobei das "V2 / ">/3-fache des Scheitelwertes einer Phase der Netzspannung der Hochspannungsleitung 3 einer p.u.-Einheit gleichgesetzt ist. Hierbei ist der Verlauf der Netzspannung im Spannungsmaximum gestrichelt dargestellt. Dieses Maximum ist über den in diesen Figuren angegebenen Zeitabschnitten nahezu konstant, da sich die maximale Amplitude der Netzspannung während der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Zeiträume praktisch nicht verändert.

In Fig. 2 ist nun bei einem Reaktorschalter gemäss dem

Stand der Technik der maximale Scheitelwert der wiederkehrenden Spannung über den Schaltstellen eingetragen. Dieser Scheitelwert beträgt 2,4 p.u., da sich zu der im Spannungsmaximum ein p.u. betragenden Netzspannung noch der 1,4 p.u. betragende Scheitelwert der Reaktorschwingspannung addiert.

Es ist jedoch möglich, dass die Trennung der Kontakte der Schaltstellen kurz, d.h. z.B. 1 oder 2 ms, vor dem Stromnulldurchgang stattfindet. Dann haben die Kontakte erst eine kleine Isolierdistanz erreicht, und es kann zu einer Rückzündung im bekannten Reaktorschalter kommen. Der Zeitpunkt der Rückzündung ist in den Figuren mit tj, bezeichnet. An diesem Zeitpunkt schwingt die Spannung des Reaktors mit hoher Frequenz mit einem Ueberschwingen auf den Momentanwert der Netzspannung zurück. Dieses Ueberschwingen ist mit einer sehr steilen Spannungsänderung am Reaktor 4 verbunden. Bei dem in Fig. 2 angegebenen Beispiel tritt unmittelbar nach der Rückzündung eine Rückzündschwingung von 500 kHz mit einer Amplitude von 3,3 p.u. auf. Diese Rückzündschwingung weist eine Steilheit von 3,3 p.u./jjs auf. Hierdurch kann die Isolation des Reaktors in lokalen Bereichen ganz erheblich überbeansprucht werden.

Beim erfindungsgemässen Reaktorschalter bewirken die spannungsabhängigen Widerstände 5 und 6, dass die nach dem Stromabriss zum Zeitpunkt t. über den Schaltstellen 1 und 2 wiederkehrende Spannung derart begrenzt wird, dass die Spannungsänderungen der bei einer Rückzündung dieser Schaltstellen am Reaktor auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingung stets unterhalb eines Grenzwertes liegen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, diesen Grenzwert auf etwa 2,4 p.u./)JS zu legen, da es viele Reaktoren gibt, die keine steileren Spannungsänderungen als 2,4 p.u./jjs ertragen.

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Die vorzugsweise als Metalloxid-Widerstände auf der Basis von Zinkoxid ausgebildeten veränderlichen Widerstände 5 und 6 sind hierbei derart bemessen, dass sie unterhalb 1,2 bis 1,7 p.u. einen sehr grossen Widerstandswert aufweisen. Oberhalb einer Grenzspannung, welche wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 bei 1,7 p.u. liegt, wird ihr Widerstandswert nahezu vernachlässigbar, so dass ab dem in Fig. 3 mit t_R bezeichneten Zeitpunkt des Leitendwerdens der spannungsabhängigen Widerstände 5 und 6 keine wesentliche Zunahme der wiederkehrenden Spannung oberhalb der vorgegebenen Grenzspannung eintritt.

Zündet der Reaktorschalter beim Zeitpunkt t,, wieder, so erreicht die Anfangsamplitude der infolge dieser Rückzündung auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingung höchstens noch 2,3 p.u. Dies entspricht bei 500 kHz einer Spannungsänderung von 2,3 p.u./με, liegt also deutlich unter 2,4 p.u./us, einem für die meisten Reaktoren noch vertretbaren Grenzwert der Spannungsänderung.

Ist der Wert der wiederkehrenden Spannung, bei dem die spannungsabhängigen Widerstände leitend werden, und somit also der zugeordnete Grenzwert der Steilheit der Spannungsänderung der hochfrequenten Rückzündschwingung hoch gelegt, dann müssen die spannungsabhängigen Widerstände 5 und 6 vergleichsweise wenig Energie (schraffierte Fläche in Fig. 3) aufnehmen.

Beim Schalten grosser Spannungen ist es im Hinblick auf eine gute Spannungsverteilung über den Reaktorschalter mitunter vorteilhaft, jeweils einen spannungsabhängigen Widerstand parallel zu jeweils einer von mehreren Schaltstellen zu legen. Im Hinblick auf eine einfache konstruktive Ausbildung des erfindungsgemässen Reaktorschalters, etwa wenn zwei seiner Schaltstellen V-förmig angeordnet sind, ist es gegebenenfalls empfehlenswert, einen span-

- r-

nungsabhangigen Widerstand parallel zu mindestens zwei in Serie geschalteten Schaltstellen zu legen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Reaktorschalter mit mindestens einer zwischen einem Hochspannungsreaktor (4) und einer Hochspannungsleitung

(3) angeordneten Schaltstelle (z.B. 1), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltstelle (z.B.

1) parallelgeschaltet ist zu einem spannungsabhängigen Widerstand (z.B. 5) mit einer die wiederkehrende Spannung über der mindestens einen Schaltstelle (z.B. 1) derart begrenzenden Strom-Spannungs-Kennlinie, dass die Steilheit der Spannungsänderung einer bei einer Rückzündung der Schaltstelle (z.B. 1) am Reaktor

(4) auftretenden hochfrequenten Rückzündschwingung stets unterhalb eines Grenzwerts liegt.

2. Reaktorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert etwa 2,4 [p.u./)js] ist.

3. Reaktorschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsabhängige Widerstand (z.B. 1) mindestens ein Metalloxid enthält.

4. Reaktorschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Serie zu der mindestens einen Schaltstelle (z.B. 1) geschaltete weitere Schaltstelle (z.B. 2) vorgesehen ist, welche parallel zu einem weiteren spannungsabhängigen Widerstand (z.B. 6) liegt.

5. Reaktorschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu der mindestens einen Schaltstelle mindestens eine weitere Schaltstelle angeordnet ist, und dass die mindestens zwei Schaltstellen parallel zum spannungsabhängigen Widerstand liegen.