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Titel der Erfindung Elektrodynamischer Antrieb für eine Strombegrenzungseinrichtung
Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft einen Antrieb einer Einrichtung
zum Begrenzen von Kurzschlußströmen in elektrischen Übertragungs- und Verteilungsanlagen
unter Berücksichtigung unterschiedlicher werte des Kurzschlußstromes.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Von den vielfältigen
bekannten Lösungen, den ständig anwachsenden Kurzschlußstrom zu senken, sind zum
Beispiel: - Einschaltung von Reaktanzen, realisiert durch Drossel und Transformatoren
mit erhöhter Kurzschlußspannung; Nachteil: ständiger und schwankender Spannungsabfall
- Drosseln und Transformatoren mit im Kurzschlußfall erhöhter Reaktanz; Nachteil:
Einsatz großer :Jicklungsmassen, zum Teil keine genügend schnelle Reaktionszeit
- Einsatz von Thyristoren, sperrend im Fehlerfall; verfügbar im Spannungsbereich
ab 10 kV - Einsatz von Permanentsicherungen; Nachteil: Als zentrale Einspeisesicherung
für leistungsschwache Abgänge können sie nicht ohne weiteres angepaßt werden bzw.
sie bedeuten für diese keinen Schutz.
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Dieser Nachteil haftet auch den vorher skizzierten Lösungen an, wenn
das Begrenzungselement an zentraler Stelle, dem Einspeisepunkt angeordnet wird und
somit der einzelne Abgang hinter dem Einspeisepunkt, in Energieflußrichtung gesehen,
die Strombegrenzungseinrichtung nicht mehr zum Ansprechen bringt.
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Ziel der Erfindung: Die Erfindung hat zum Ziel, eine in einer Elektroenergieverteilungsanlage
an zentraler Stelle eingesetzten Strombegrenzungseinrichtung anzugeben, die bei
Vermeidung der sonst bekannten Nachteile, leicht an leistungsschwache Abgänge anpaßbar
ist und somit diese sicher schützt.
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Wesen der Erfindung: Die technische Aufgabe Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, für eine an zentraler Stelle in einer Elektroenergieverteilungsanlage
eingesetzten Strombegrenzungseinrichtung einen durch den Kurzschlußstrom gespeisten
elektrodynamischen Antrieb zu finden, der von den in den einzelnen Abgängen auftretenden
unterschiedlichen Kurzschlußströmen ansteuerbar ist, wobei die Dynamik der Bewegung
des Antriebes entsprechend der Höhe der auftretenden Kurzschlußströme anpaßbar sein
soll.
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Merkmale der Erfindung: Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst,
daß in einem magnetkreis mindestens drei Wicklungen angeordnet sind, von denen eine
als feste Primärwicklung mit dem Nennstrom der alektroenergieverteilungsanlage am
Einspeisepunkt beaufschlag ist, eine weitere als Kurzschlußzylinder mit gegeringer
Masse im Fenster des Magnetkreises relativ weit bewegbar ist und eine als mehrfach
unterteilte und im Magnetkreis nur relativ wenig weit bewegbare Kurzschlußwicklung
ausgebildet ist, wobei diese an ihren so gebildeten Teilwicklungen mit Anschlüssen
versehen ist und jede Teilwicklung einem Abgang der Elektroenergieverteilungsanlage
zugeordnet ist, daß jede Teilwicklung mit Stromtoren, die aus in Antiparallelschaltung
liegenden Leistungstransistoren oder abschaltbaren Thyristoren gebildet und diese
Bauelemente durch die Größe der in den Abgängen fließenden Ströme steuerbar sind,
so verbunden ist, daß je nach Lage und/oder Größe des in den Abgängen der Elektroenergieverteilungsanlage
auftretenden urzschlußstromes eine Reihenschaltung mindestens zweier Teilwicklungen
bzw. die Abschaltung mindestens einer Teilwicklung realisierbar sind.
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Vorteilhafterweise ist den den Teilwicklungen zugeordneten Stromtoren
ein weiteres aus Leistungstransistoren oder abschaltbaren Thyristoren in Antiparallelschaltung
gebildetes Stromtor so vorgeordnet, daß hierdurch die Anpassung des elektrodynamischen
Antriebes an die einzelnen Abgänge der Elektroenergieverteilungsanlage aufhebbar
ist0 Die drei Wicklungen sind im Fenster des Magnetkreises in der Reihenfolge Kurzschlußwicklung,
Primärwicklung, Kurzschlußzylinder angeordnet.
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Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn die Kurzschlußwicklung unter
der Primärwicklung angeordnet ist.
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Schließlich kann die Kurzschlußwicklung zwischen Primärwicklung und
Kurzschlußzylinder angeordnet sein.
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Ferner kann eine weitere wicklung, eine Kompensationswicklung vorgesehen
sein, die bei großen Einschaltströmen derart wirksam wird, daß der Schwellwert zur
Bewegung des Kurzschlußzylinders nicht überschritten wird.
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Die Kurzschlußwicklung kann dabei auch so ausgebildet sein, daß sie
zugleich die Kompensationswicklung für das gewollte Nichtansprechen der Begrenzungseinrichtung
bei hohen Einschaltströmen dient.
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Die Unterteilung der Kurzschlußwicklung erfolgt auf die Stromwerte
der Abgänge angepaßt in gleiche und/oder ungleiche Teilwicklungen.
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Vorteilhafterweise ist die Schaltfolge der Stromtore so, daß immer
zuerst die Stromtore für die Anschaltung der Teilwicklungen schließen und danach
die Stromtore für die Reihenschaltung der Teilwicklungen öffnen.
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Die Beschaltung der Kurzschlußwicklung mit Stromtoren kann auch so
sein, daß jeder Teilwicklung nur ein Stromtor zugeordnet ist und die Schaltfolge
so ist, daß immer nur eines der Stromtore in der Strombahn liegt, wobei vor dem
Abschalten
eines Stromtores das nächstfolgende geschlossen ist,
und daß die letzte Teilwicklung durch das letzte Stromtor abschaltbar ist0 Mit der
erfindungsgemäßen Lösung wird erreicht, daß durch die Unterteilung des Teiles der
auf die Abschaltthyristoren abgestimmten Kurzschlußwicklung eine höhere EmpSndlichkeit,
d.ho ein niedrigerer Ansprechwert des Kurzschlußstromes auf die Bewegung des beweglichen
Kurzschlußsylinders erreicht wird, wenn Teile der Kurzschlußwicklung durch Abschaltthyristoren
abgeschaltet werden und in dem Fall von Anlauf- und Einschaltströmen die Kurzschlußwicklung
ansteuermäßig kurzgeschlossen bleibt.
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Ausführungsbeispiel: Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsvarianten
naher erläutert werden.
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In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: die aufgeteilte Kurzschlußwicklung
und den Streufeldverlauf im Nenn- und Fehlerfall Fig. 2: die Anordnung der Wicklungen
von links nach rechts: Kompensationswicklung 8, abschaltbare Kurzschlußwicklungen
3, die Primärwicklung 4 und der Kurzschlußzylinder 5 Fig. 3: einen Fensterquerschnitt
mit den darin befindlichen Wicklungen und den Streufeldverlauf Fig. 4: die Zuordnung
der Stromtore in bezug au£ die Teilwicklungen der abschaltbaren Kurzschlußwicklung
Fig0 5: eine weitere Schaltung der Stromtore in bezug auf die Teilwicklungen der
abschaltbaren Kurzschlußwicklung
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt
durch das Fenster 1 des Magnetkreises 2, der nebeneinander angeordnet die abschaltbare
und unterteilte Kurzschlußwicklung 3, die Primärwicklung 4 und den Kurzschlußzylinder
5 enthält. Je nach der Stromstärke in der Kurzschlußwicklung 3 stellt sich ein unterschiedlicher
Streufeldverlauf ein und es zeigt Kurve 5 den VerlauS beim Nennfall und die Kurve
7 den VerlauS im Störungsfall, wenn die Kurzschlußwicklung 3 durch Abschaltthyristoren
oder andere Schaltelemente aufgetrennt ist und somit keinen oder nur einen vernachlässigbaren
Strom über die Parallelwiderstande 24 (Fig. 4) führt, so daß die Streufeldinduktion
B im Nennfall niedrig am Kurzschlußzylinder 5 ist und im Störungsfall am Kurzschlußzylinder
5 erhöht ist, wobei alle Kurven bezogen auf den Nennstrom der Primärwicklung aufgetragen
sind. Bei großen Kurzschlußströmen erfolgt die Stromunterbrechung der Kurzschlußwicklung
3 automatisch und der Kurzschlußzylinder 5 erfährt auf Grund des nunmehr hohen B-lJertes
der Kurve 7 eine große Beschleunigung. Bei verminderten Kurzschlußströmen erfolgt
über eine nicht dargestellte Informationselektronåk je nach Kurzschlußstromhöhe
eine ganz oder teilweise Auftrennung der Kurzschlußwicklung 3 und somit eine erste
Bewegung des Kurzschlußzylinders 5, der eine vollkommene Auftrennung der Kurzschlußwicklung
3 betirkt, so daß dann der Kurzschlußzylinder 5 mit voller Dynamik seine Bewegung
zum Zwecke der Kurzschlußstrombegrenzung ausführt.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Fenster 1 des Magnetkreises
2 mit dem frei beweglichen Kurzschlußzylinder 5 und der abschaltbaren Kurzschlußwicklung
3, die diesmal unter der Primärwicklung 4 angeordnet ist, während bei dieser Anordnung
noch eine Kompensationswicklung 8 vorgesehen ist, die bei großen Binschaltströmen
die Kraftwirkung auf den Kurzschlußzylinder 5 so weit vermindert, daß der Schwellwert
zur Bewegung des Kurzschlußzylinders 5 nicht überschritten wird.
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Fig. 3 zeigt die abschaltbare Kurzschlußwicklung in unmittelbarer
Nahe des Kurzscellußzylinders 5, wobei diese Kurzschlußwicklung 3 in geringem Maße
mit dem Kurzschlußzylinder 5 die Anfangsbewegung mitmacht und somit einen Teil der
Anfangsbeschleunigung des Kurzschlußzylinders 5 erteilt und demzufolge die Anschlüsse
9 der Kurzschlußwicklung 3 über Litzen- oder Bandleiter ausgeführt sind. Je nach
Abschaltung eines Teils der Kurzschlußwicklung 3 stellt sich am Kurzschlußzylinder
5 der Streufeldinduktionswert B1 bis B5 ein. Es ist bei Abschaltung der Teilwicklungen
10 der Induktionswert B5 aut B4 erhöht, bei Abschaltung von Teilwicklung 10 und
11 der Induktionswert B5 auf B3 erhöht, bei Abschaltung von Teilwicklung 10, 11
und 12 der Induktionswert B5 auf B2 erhöht und bei Abschaltung von Teilwicklung
10, 11, 12 und 13 der Induktionswert B5 auf B1 erhöht. Die Primärwicklung 4 ist
durch die Isolation 14 gegen den Magnetkreis 2 isoliert, der genau wie der Kurzschlußzylinder
5 auf Potential liegt, wj:½hrend die Wicklungsisolation 15 der Kompensationswicklung
8 diese gegen das Potential des Magnetkreises 2 und der Primärwicklung 4 isoliert.
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Fig. 4 zeigt dia Schaltung der ab schaltbaren Thyristoren, wobei die
Stromtore 16 bis 19 die Reihenschaltung der Teilwicklungen 10 bis 13 realisiert
und die Stromtore 20 bis 23 die Anschaltung des jeweiligen Teils der Kurzschlußwicklung
3 vornehmen und die Sahaltfolge so ist, daß zuerst das Stromtor 20 schließt und
unmittelbar danach das Stromtor 16 öffnet. Die Widerst.-nde 24 und Kondensatoren
25 parallel zu jeder Teilwicklung 10 bis 13 der Kurzschlußwicklung 3 dienen der
aJberspannungsschutzbeschaltung.
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Fig. 5 zeigt eine andere Schaltung zur schnellen Reaktion der abschaltbaren
Kurzschlußwicklung 3 auf Grund der Kommandobefehle aus der Informationselektronik
zum teilweisen Abschalten der Teilwicklungen 10 bis 13 und 31, das so erfolgt, daß
das Stromto 27 geschlossen wird und danach Stromtor 26
geöffnet
wird, um die Teilwicklung 10 der abschaltbaren Kurzschlußwicklung 3 abzuschalten.
Dies kann fortgesetzt werden bis zur Abschaltung aller Teilwicklungen 10 bis 13
und 31, wenn alle Stromtore 26 bis 30 geöffnet werden.
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