DE4005532A1 - Generator-leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator-Leistungsschalter mit willkürlich vorzunehmender oder selbsttätiger Auslösung sowie mit einem Stromwandler je Pol des Leistungsschalters.

In Kraftwerken werden Generator-Leistungsschalter eingesetzt, um unabhängig von einem auf der Hochspannungsseite des Maschi­ nentransformators befindlichen Leistungsschalter Schalthand­ lungen vornehmen zu können und hierdurch die Verfügbarkeit des Generators und seinen Schutz zu verbessern. Mit Rücksicht auf den hohen Nennstrom der Generatoren sind Standard-Leistungs­ schalter ohne Änderung nicht verwendbar. Daher wurden mit einem Löschgas wie Druckluft oder Schwefelhexafluorid betriebene ein­ polig gekapselte spezielle Leistungsschalter entwickelt (CH-Druckschrift CH-A-165 1551D, BBC, Kennzeichen 8601-600-0, Klassifikations-Nr. 0 40 901). Jedoch ist der Aufwand für die Herstellung solcher Generatorschalter recht hoch, weil der Be­ darf und damit die Stückzahl sehr viel geringer ist als für Standard-Leistungsschalter, wie sie in den Verteilungsnetzen eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator- Leistungsschalter zu schaffen, der preisgünstig unter Verwendung von Standard-Bauteilen herstellbar ist und dennoch die speziellen Anforderungen an einen Generatorschalter erfüllt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Leistungsschalter ein Vakuum-Leistungsschalter ist und daß eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines dem Wechselstrom jeder Phase überlagerten Gleichstromgliedes sowie zur Vorausbe­ rechnung des frühesten Zeitpunktes eines Stromnulldurchganges und zur Abgabe eines Schaltbefehls an den Leistungsschalter vorgesehen ist. Vakuum-Leistungsschalter sind für den vor­ liegenden Zweck dadurch besonders geeignet, daß sie eine größere Anzahl von Kurzschluß- und Lastschaltungen ohne Wartung ertragen, als andere Bauarten von Leistungsschaltern. Obwohl eine einzelne Vakuumschaltröhre in derzeit verfügbaren Aus­ führungsformen den Nennstrom einer Phase eines Kraftwerks­ generators nicht allein tragen kann, ist es dennoch möglich, die geforderten Ströme zu beherrschen, indem beispielsweise die drei Schaltröhren eines dreipoligen Leistungsschalters parallel geschaltet werden. Drei Vakuum-Leistungsschalter einer Standardausführung können auf diese Weise einen Generator­ schalter bilden. Die spezielle Schaltungsanordnung stellt sicher, daß die Lichtbogendauer auf ein für die Schaltröhren zuträgliches Maß beschränkt bleibt und dennoch die Abschaltung in der kürzest möglichen Zeit vorgenommen wird.

Die insbesondere bei einem Generator-Leistungsschalter zu fordernde hohe Sicherheit kann noch dadurch erhöht werden, daß zusätzlich zu der erwähnten Schaltungsanordnung ein unabhängig von der Vorausberechnung eines Stromnulldurchganges wirksames einstellbares Zeitglied zur Abgabe eines verzögerten Schalt­ befehls enthält. Diese Verzögerung wird zweckmäßig anhand einer Netzberechnung festgelegt und entspricht dem längsten möglichen Zeitraum vom Eintritt eines Fehlers bis zum ersten Stromnull­ durchgang nach Abklingen des Gleichstromgliedes. Der auf diese Weise bewirkte Schaltbefehl ist wirksam, falls die Vorausbe­ rechnung des Stromnulldurchganges anhand des tatsächlichen Ver­ laufes der Ströme gestört oder fehlerhaft ist.

Wie bereits erwähnt, können die hohen Nennströme eines Gene­ rators durch Einsatz je eines dreipoligen Standard-Leistungs­ schalters für jede Phase des Generators beherrscht werden. In diesem Zusammenhang überträgt die erwähnte Schaltungsanordnung den Schaltbefehl auf mehrere Antriebsvorrichtungen von Leistungsschaltern.

Für jede Phase des Generators kann ein metallgekapseltes Schalt­ feld mit einem verfahrbar angeordneten dreipoligen Vakuum- Leistungsschalter vorgesehen sein, wobei die Schaltfelder ohne Abstand nebeneinander aufgestellt sind und die Schaltungsanord­ nung in einem oberhalb der zu Aufnahme des verfahrbaren Leistungs­ schalters dienenden Zelle befindlichen Niederspannungsraum eines der Schaltfelder angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er­ läutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung eines Generator-Leistungsschalters.

Die Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm für den Schaltvorgang eines Generator-Leistungsschalters.

In der Fig. 3 ist vereinfacht eine dreifeldrige, als Generator- Leistungsschalter ausgebildete metallgekapselte Schaltanlage gezeigt.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Drehstromgenerator 1 und ein in dessen Ableitung eingefügter Generator-Leistungsschalter 2 gezeigt. Stromwandler 3 erfassen den in jeder Phase fließenden Strom. Der nicht näher dargestellten Antriebsvorrichtung des Leistungsschalters 2 sind zwei unabhängige Auslöser 4 und 5 zugeordnet, durch die der Ausschaltspeicher der Antriebsvor­ richtung freigebbar ist.

Zur Betätigung des Auslösers 4 ist ein Stromnullrelais 6 vorge­ sehen, welches eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der von den Stromwandlern 3 gelieferten Stromsignale und zur Berechnung. eines geeigneten Zeitpunktes für einen Ausschaltbefehl enthält. Zweckmäßigerweise kann die Schaltungsanordnung unter Verwendung eines Mikroprozessors aufgebaut sein. Über einen Eingang 10 oder einen weiteren Eingang 11 kann das Stromnullrelais 6 an­ geregt werden, die noch zu beschreibenden Auswertungen vorzu­ nehmen und Schaltbefehle abzugeben. Der Eingang 10 ist hierbei für eine Schutzeinrichtung des Generators 1 vorgesehen, während mittels des Eingangs 11 aus beliebigen Anlaß Ausschaltung von Hand vorgenommen werden kann.

Über die Eingänge 10 und 11 erteilte Ausschaltbefehle werden somit nicht unmittelbar an die Auslöser 4 und 5 weitergeleitet, sondern im Zeitpunkt t₀ (Fig. 2) dem Stromnullrelais 6 zuge­ führt. Dieses ermittelt zunächst, ob in dem gemessenem Strom ein Gleichstromanteil enthalten ist und ob dieser so groß ist, daß ein Stromnulldurchgang zunächst nicht auftreten kann. Aus dem Verlauf der Ströme wird der voraussichtliche Zeitpunkt des ersten Stromnulldurchganges bestimmt. Der Schaltbefehl für den Auslöser 5 ergeht jedoch nicht zu diesem Zeitpunkt t₂ (Fig. 2), sondern zu einem davor liegenden Zeitpunkt t₁, der unter Berücksichtung einer in dem Stromnullrelais 6 gespeicherten Schaltereigenzeit gewählt ist. Hierbei handelt es sich um eine für einen bestimmten Leistungsschalter als individueller Meßwert gespeicherte Größe, die entweder unverändert belassen oder gleichfalls anhand von Erfahrungswerten und/oder Meß­ werten mit einem Korrekturfaktor bewertet werden kann. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß in den Schaltstrecken des Leistungsschalters 1 ein ausreichender Abstand zwischen den Schaltstücken besteht, um nach dem Stromnulldurchgang eine Wiederzündung des Lichtbogens zu verhindern. Hierdurch wird im Zeitpunkt t₃ eine sichere Abschaltung erzielt. Dies geschieht somit zum frühesten möglichen Zeitpunkt bei minimaler Bean­ spruchung des Leistungsschalters 2.

Zur Vergrößerung der Sicherheit ist parallel zu dem Strom­ nullrelais 6 ein Zeitrelais 7 geschaltet, welches die Funktion des erwähnten Zeitgliedes ausübt und das gleichfalls mit den Eingängen 10 und 11 verbunden ist. Das Zeitrelais 7 ist fest eingestellt. Die Verzögerungszeit wird anhand einer Netzbe­ rechung ermittelt. Am Ausgang des Zeitrelais 7 steht ein Schaltbefehl zur Verfügung, der unter Berücksichtung des Schaltereigenzeit eine Abschaltung des Leistungsschalters 2 zum frühesten Zeitpunkt im ungünstigten Fall bewirkt, d. h. bei längster möglicher Dauer des Gleichstromgliedes. Der Schalt­ befehl des Zeitrelais 7 ist somit wirksam, wenn das Stromrelais 6 aus beliebigen Grund innerhalb der Verzögerungszeit t₁′ keinen Schaltbefehl abgibt. Die Abschaltung ist in diesem Fall im Zeitpunkt t₃′ vollzogen. Ergänzend ist im unteren Teil der Fig. 2 der Zeitpunkt t₂′ für den ersten Stromnulldurchgang nach Eintritt des Fehles bei dem ungünstigsten Schaltfall eingetragen.

In der Fig. 3 ist vereinfacht eine aus drei unmittelbar be­ nachbart ausgestellten Feldern 15 bestehende metallgekapselte Schaltanlage gezeigt, die als Generator-Leistungsschalter ausge­ bildet ist. An der rechten Seite ist die Schaltanlage mit abge­ nommener Abdeckung gezeigt, so daß eine der Zellen 16 sichtbar ist, die in bekannter Weise zur Aufnahme eines verfahrbaren Vakuum-Leistungsschalter vorgesehen ist. Geeignet für die Zwecke der Erfindung sind sowohl horizontal verfahrbare Schaltwagen als auch vertikal verschiebbar geführte Leistungsschalter einer Bauart, wie sie beispielsweise in der DE-Druckschrift Siemens "Vakuum-Schalter 3AF und AG", Best.-Nr. A 19 100-E769-B309, Kennzeichen 1 76 008 PA 4883, beschrieben sind. Ferner sind in zwei parallelen Reihen angeordnete ortsfeste Trennkontakte 17 angedeutet. Oberhalb jeder Schaltwagenzelle 16 befindet sich ein Niederspannungsraum 20, der zur Aufnahme von Steuerein­ richtungen und insbesondere zur Aufnahme des Stromnullrelais 6 und des Zeitrelais 7 dient. Der rückwärtige Teil der Schalt­ felder weist einen oberen Anschlußraum 21 und einen unteren An­ schlußraum 22 für die nicht gezeigte Generatorableitung und die Stromwandler auf. Trotz der Anpassung an die speziellen Anfor­ derungen des Generatorbetriebes ist somit der Generator-Leistungs­ schalter aus Standardbauteilen zusammengesetzt. Insbesondere gilt dies für die Schaltfelder und die als eigentlicher Leistungsschalter verwendeten Vakuum-Leistungsschalter.

Claims (3)

1. Generator-Leistungsschalter mit willkürlich vorzunehmender oder selbsttätiger Auslösung sowie mit einem Stromwandler je Pol des Leistungsschalters, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter ein Vakuum-Leistungsschalter (2) ist und daß eine Schaltungsanord­ nung (7) zur Ermittlung eines dem Wechselstrom jeder Phase überlagerten Gleichstromgliedes sowie zur Vorausberechnung des frühesten Zeitpunktes (t₂) eines Stromnulldurchgangs und zur Abgabe eines Schaltbefehls an den Leistungsschalter (2) vorge­ sehen ist.

2. Generator-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Schaltungs­ anordnung (6) ein unabhängig von der Vorausberechnung eines Stromnulldurchganges wirksames einstellbares Zeitglied (7) zur Abgabe eines verzögerten Schaltbefehls vorgesehen ist.

3. Generator-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Phase des Generators ein metallgekapseltes Schaltfeld (15) mit einem verfahrbar angeordneten dreipoligen Vakuum-Leistungs­ schalter vorgesehen ist, daß die Schaltfelder (15) ohne Abstand nebeneinander aufgestellt sind und daß die Schaltungsanordnung (6) und ggfs. das Zeitglied (7) in einem oberhalb der zur Aufnahme des verfahrbaren Leistungsschalters dienenden Zelle (16) befindlichen Niederspannungsraum (20) eines der Schalt­ felder (15) angeordnet ist.