DE69122078T2

DE69122078T2 - Leistungseinführungssystem

Info

Publication number: DE69122078T2
Application number: DE69122078T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Izumi; Sinzi Sugitani; Koutarou Takematsu; Toru Tanimizu; Fumio Wakasa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: US5467241A; EP0496997A2; EP0496997A3; KR920019034A; EP0496997B1; DE69122078D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsaufnahmesystem, bei dem insbesondere hinsichtlich eines Leitungsabschnitts zwischen einem Netzwerktransformator und einem Schutzunterbrecher Verbesserungen vorgenommen werden.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bei Hochhäusern erhöht sich die Lastverteilung der Leistung in der senkrechten Richtung, und der Lastumfang ist sehr hoch. Weiterhin sind für die Allgemeinheit wichtige Einrichtungen in diesen Gebäuden untergebracht, und Zuverlässigkeit und Sicherheit der Leistungsversorgung sind stark gefragt. Hochhäuser sind häufig in stark bewohnten Gegenden in Städten erbaut, und es ist daher wunschenswert, daß der Einrichtungsbereich so klein wie möglich ist. Für einen Platz, an dem eine große Last an einem Ort konzentriert ist, wird im allgemeinen ein Leistungsaufnahme-Netzwerksystem mit einer hohen Zuverlässigkeit der Leistungsversorgung als am besten geeignet angesehen.
In einem Leistungsaufnahme-Netzwerksystem, in dem die Leistung von einer Leistungsquellen-Schaltstation Über ein 22 kV- oder 33 kV-Verteilungsnetzwerk mit zwei bis vier Leitungen empfangen wird, sind auf der Primärseite eines jeden Netzwerktransformators Leistungsaufnahmeunterbrecher und auf der Sekundärseite eine Sicherung und ein Schutzunterbrecher vorgesehen, wobei die Lastseiten der Schutzunterbrecher parallel zu einem Netzwerkbus geschaltet sind, und die Leistung wird Über mehrere Hauptleitungen zu verschiedenen Lasten Übertragen.
Wenn im genannten Leistungsaufnahme-Netzwerksystem beispielsweise auf der Primärseite oder der Sekundärseite eines Netzwerktransformators ein Kurzschluß auftritt, wird eine Störschaltung getrennt, und die Leistung wird Über eine intakte Leitung geführt, um zu verhindern, daß die Last durch einen Stromausfall beeinträchtigt wird. Durch ein System dieser Art wird daher eine hohe Zuverlässigkeit der Leistungsversorgung gewährleistet, durch die die Bedürfnisse des Kunden befriedigt werden, und es bestand in letzter Zeit eine große Nachfrage nach diesen.
Im Leistungsaufnahme-Netzwerksystem aus dem US- Patent 4 873 601, das in Fig. 2 als Beispiel dargestellt ist, wird hingegen die Netzwerksicherung durchgeschmolzen, um ausschließlich einen Netzwerk-Leitungsabschnitt zwischen der Netzwerksicherung und dem Schutzunterbrecher zu schützen, falls eine Störung auf der Sekundärseite des Netzwerktransformators auftritt, mit den Nachteilen, daß der Schutzbereich schmal ist, daß eine speziell für Hochspannung vorgesehene Netzwerksicherung hergerichtet werden muß, und daß die Größe des Leistungsaufnahme-Netzwerkgeräts erhöht ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Leistungsaufnahmesystem zu schaffen, bei dem der Schutzbereich so ausgedehnt ist, daß ein Leitungsabschnitt zwischen dem Netzwerktransformator und dem Schutzunterbrecher abgedeckt wird, und bei dem die Größe des Leistungsaufnahme-Netzwerkgeräts verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Leistungsaufnahmesystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Leistungsaufnahmesystems sind ein Netzwerktransformator, ein Schutzschalter und ein Stromtransformator in einer jeden von mehreren Netzwerkleitungen zwischen jeweilige Leistungsquellenbusse und einen Netzwerkbus geschaltet, ein Unterbrecher ist an die Primärseite des Netzwerktransformators angeschlossen, und ein Störstrom auf der Sekundärseite des Netzwerktransformators wird durch den Stromtransformator nachgewiesen, um einen Nachweisstrom zu liefern, der ein Relais erregt, damit es den Unterbrecher und den Schutzunterbrecher öffnet, um den Strom auf der Primärseite des Netzwerktransformators auszuschalten, wodurch der verwendete Unterbrecher eine geringe Unterbrechungsfähigkeit haben kann, so daß die Größe des Leistungsaufnahme-Netzwerkgeräts verringert wird, und der Schutzbereich so erweitert werden kann, daß er einen Leitungsabschnitt zwischen dem Netzwerktransformator und dem Schutzunterbrecher abdeckt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein Schaltplan eines Leistungsaufnahme-Netzwerksystems für Hochspannung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schaltplan eines Leistungsaufnahme-Netzwerksystems für Hochspannung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun, Bezug nehmend auf ein in FIG. 1 dargestelltes Hochspannungs- Leistungsaufnahme-Netzwerksystem, beschrieben.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind drei Netzwerkleitungen 1A, 1B und 1C an einen Netzwerkbus 2 angeschlossen. An den Netzwerkbus 2 sind Lastkabel 5 angeschlossen, die jeweils an einen Abnahme-Unterbrecher 3 und einen Trennschalter 4 angeschlossen sind. Die Abnahme-Unterbrecher 3, die Trennschalter 4 und die Lastkabel 5 sind in einer Abnahme-Schalteinrichtung (beispielsweise einer Kraftstromschalttafel) 6 untergebracht. Die Netzwerkleitungen 1A, 1B und 1C sind an einen Netzwerktransformator 7 angeschlossen.
Die Leistungsfähigkeit und der Impedanz-Prozentwert des Netzwerktransformators 7 betragen 2000 kVA und 7,5 %. Im Netzwerktransformator 7 werden eine Primärspannung von etwa 22000 V und ein Primärstrom von etwa 52 A zu einer Sekundärspannung von etwa 415 V und einem Sekundärstrom von etwa 2800 A transformiert. In jeder der Netzwerkleitungen 1A, 1B und 1C sind ein Stromtransformator 9 und ein Schutzunterbrecher 10 zwischen die Sekundärseite des Netzwerktransformators 7 und den Netzwerkbus 2 geschaltet.
In jede der Netzwerkleitungen lA, lB und 1C ist zwischen der Primärseite des Netzwerktransformators 7 und jeweiligen Stromquellenbussen hA, lib und llc ein Lastschalter 12 und ein Vakuumunterbrecher 13 geschaltet. Ein jeder der Stromguellenbusse 11A, 11b und 11C ist an einen leistungsquellenseitigen Unterbrecher 11 angeschlossen. Der Lastschalter 12 schaltet wirkungsmäßig die Spannung (etwa 22000 V) und den kleinen Strom (52 A) auf der Primärseite einer jeden Netzwerkleitung 1A, 1B oder 1C aus. Der Vakuumunterbrecher 13 wird durch einen in einer jeden Netzwerkleitung 1A, 1B oder 1C zwischen der Sekundärseite des Netzwerktransformators 7 und dem Schutzunterbrecher 10 in der Nähe des Netzwerkbusses 2 fließenden Störstrom wirkungsmäßig geöffnet. An die Sekundärseite des Stromtransformators 9 sind ein erstes Relais 14 und ein zweites Relais 15 angeschlossen.
Das erste Relais 14 ist an den Schutzunterbrecher und den Vakuumunterbrecher 13 angeschlossen. Das zweite Relais 15 ist an den Schutzunterbrecher 10 angeschlossen. Das erste Relais kann durch einen Sollwert erregt werden, der beispielsweise etwa 50000 A entspricht. Das zweite Relais 15 kann durch einen Sollwert erregt werden, der beispielsweise etwa 20000 A entspricht. Das erste Relais 14 und das zweite Relais 15 werden durch entgegengesetzt fließende Ströme erregt. Das zweite Relais 15 wird mit anderen Worten durch einen kleineren Störstrom erregt als das erste Relais 14.
In einer Schutzschalttafel (beispielsweise einer Schalteinrichtung) 16 sind die elektrischen Bauteile, bei spielsweise der Schutzunterbrecher 10, der Lastschalter 12, der Vakuumunterbrecher 13 usw., untergebracht, die in einer jeden der Netzwerkleitungen 1A, 1B und 1C zwischen den Lastschalter 12 und den Netzwerkbus 2 geschaltet sind. Der Lastschalter 12 kann durch den Vakuumunterbrecher 13 in Kombination mit einem Unterbrecher ersetzt werden. Die Schutzschalttafel 16 ist auch für eine jede der Netzwerkleitungen 1B und 1C vorgesehen, sie ist jedoch in der Zeichnung nicht aufgeführt. Eine in Fig. 2 dargestellte Operationssteuereinrichtung 20 kann die Relais 14 und 15 ersetzen.
Die Arbeitsweise und die Wirkung des erfindungsgemäßen Leistungsaufnahme-Netzwerksystems werden nun beschrieben.
(1) In dem Fall, in dem ein Störfall an einem Störungspunkt X1 auf der Sekundärseite des Netzwerktransformators 7 auf der Netzwerkleitung 1B auftritt, fließen ein erster Störstrom ii und ein zweiter Störstrom 2i zum Störungspunkt X1. Der erste Störstrom 1i ist ein Vorwärtsstrom, der vom Leistungsquellenbus 11B zum Netzwerktransformator 7 fließt. Wenn andere Impedanzen als die des Netzwerktransformators 7 vernachlässigt werden, kann der Stromwert des ersten Störstroms li durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
li = Leistungsfähigkeit (kVA) des Netzwerktransformators 7/ 3 x Primärspannung (kV) des Netzwerktransformators 7 x Impedanz-Prozentwert (%)
= 2000 (kVA)// 3 x 22 (kV) x 7,5 (%)
= 699,83
= 700 (A)
Der zweite Störstrom 2i ist ein Strom, der entgegengesetzt zum ersten Störstrom ii fließt. Der zweite Störstrom 2i ist ein sich aus den Strömen der Netzwerkleitungen 1A und 1C, die sich in der Netzwerkleitung 1B treffen, ergebender Strom, und er weist daher einen erheblich größeren Wert auf als der erste Störstrom ii. Wenn sich die Netzwerkleitungen 1A und lC im selben Zustand befinden, ist der zweite Störstrom 2i zweimal so groß wie der Strom in einem jeden der Netzwerke 1A und 1C und kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
2i (Leistungsfähigkeit (kVA) des Netzwerktransformators 7 in 1A x 2)/( 3 x Sekundärspannung (kV) des Netzwerkstransformators 7 x Impedanz-Prozentwert (%))
= (20000 (kVA) x 2)/( 3 x 0,415 (kV) x 7,5 (%))
=74199,8
=74200 (A)
Wenn dieser Gegenfluß des zweiten Störstroms 2i von 74199,8 74200 (A) fließt, werden das erste Relais 14 (entsprechend 50000 A) und das zweite Relais 15 (entsprechend 20000 A) erregt, und ein Ausgangssignal aus dem Relais 14 wird an den Vakuumunterbrecher 13 und den Schutzunterbrecher angelegt, wobei ein Ausgangssignal des zweiten Relais 15 an den Schutzunterbrecher 10 angelegt wird, so daß der Vakuumunterbrecher 13 und der Schutzunterbrecher 10 geöffnet werden und der erste Störstrom ii sowie der zweite Störstrom 2i unterbrochen werden.
Nach dem Unterbrechen des ersten Störstroms 1i öffnet der Vakuumunterbrecher 13 den Lastschalter 12, um zu verhindern, daß die Betriebsspannung während einer langen Zeitspanne an den Vakuumunterbrecher 13 angelegt ist.
Dementsprechend kann ein Leitungsabschnitt zwischen dem Netzwerktransformator 7 und dem Schutzunterbrecher 10 geschützt werden, um den Schutzbereich, verglichen mit dem herkömmlichen Schutzbereich, durch den der Leitungsabschnitt zwischen der Sicherung und dem Schutzschalter geschützt werden kann, zu vergrößern.
Da der Vakuumunterbrecher 13 weiterhin gleichermaßen den Strom auf der Sekundärseite des Netzwerktransformators 7 ausschalten kann, indem er den Strom (700A) auf der Primärseite des Netzwerktransformators 7, der kleiner ist als der Strom auf der Sekundärseite, ausschaltet, kann ein kompakter und kostengünstiger Unterbrecher mit einer geringen Unterbrechungsfähigkeit als Vakuumunterbrecher 13 verwendet werden, wodurch eine Verringerung der Größe und der Kosten des Leistungsaufnahme-Netzwerkgeräts erreicht wird.
Ähnliche Wirkungen können auch erreicht werden, indem die Lehren der Erfindung auf eine Schaltung angewendet werden, in der ein Vakuumunterbrecher und ein Stromtransformator in die primärseitige und die sekundärseitige Schaltung eines Transformators geschaltet sind, ein Störstrom auf der sekundärseitigen Schaltung durch den Stromtransformator nachgewiesen wird, und ein Relais durch einen nachgewiesenen Strom erregt wird, um den Vakuumunterbrecher zu öffnen.
(2) Wenn andererseits eine Störung an einem Störungspunkt X2 auf der Primärseite des Netzwerktransformators 7 auf der Netzwerkleitung iB auftritt, fließen ein dritter Störstrom 3i und ein vierter Störstrom 4i zum Störungspunkt X2. Der dritte Störstrom 3i aktiviert den leistungsquellenseitigen Unterbrecher 11 und wird folglich unterbrochen. Der dritte Störstrom 3i wird, abhängig von der Leistungsfähigkeit der Leistungsquellen-Schaltstation, bestimmt, und ist ein sehr hoher Strom.
Der vierte Störstrom 4i ist ein zum dritten Störstrom 3i entgegengesetzter Strom und unterscheidet sich in der Hinsicht vom dritten Störstrom 3i, daß er ein sich aus den Strömen der von der Stömetzwerkleitung iB verschiedenen Netzwerkleitungen, also der Netzwerkleitungen 1A und 1C, die sich in der Netzwerkleitung lB verbinden, ergebender Strom ist. Der vierte Störstrom fließt in entgegengesetzter Richtung durch den Netzwerktransforrnator 7, der in die Netzwerk leitung iB geschaltet ist, zum Störungspunkt X2. Durch eine Berechnung kann dieser vierte Störstrom 4i durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
4i = (Leistungsfähigkeit (kVA) des Netzwerktransformators 7 in 1B x 2)/[ 3 x sekundärseitige Spannung (kV) des Netzwerktransformators 7 x ((1 + 1/2) x Impendaz-Prozentwert (%)}]
= 20000 (kVA)/( 3 x 0,415 (kV) x (1 + 1/2) x 7,5 (%))
= 24733
= 24700 (A)
wobei beim Koeffizienten (1 + 1/2) des Impedanz-Prozentwerts (%) 1 ein Impedanzwert der Netzwerkleitung 1B ist und 1/2 ein Impedanzwert der jeweiligen Netzwerkleitungen 1A und 1C ist, von denen aus Ströme fließen und sich auf der Netzwerkleitung 1B verbinden.
Wenn der vierte Störstrom 4i von 24700 (A) entgegengerichtet zum Störungspunkt X2 fließt, wird nicht das erste Relais 14 (entsprechend 50000 A), sondern das zweite Relais 15 (entsprechend 20000 A) erregt, so daß der Schutzunterbrecher 10 geöffnet wird, um den vierten Störstrom 4i von 24700 (A) zu unterbrechen. Der dritte Störstrom 3i fließt zum Lastschalter 12 und zum Vakuumunterbrecher 13, bevor der leistungsquellenseitige Unterbrecher 11 aktiviert wird. Da das erste Relais 14 nicht erregt wird, unterbricht der Vakuumunterbrecher 13 nicht den Primärstrom des Netzwerktransformators. Dementsprechend kann der verwendete Vakuumunterbrecher 13 eine geringe Unterbrechungsfähigkeit und eine geringe Spannung aufweisen und kann kompakt und preisgünstig sein.
(3) Die in Fig. 2 dargestellte Qperationssteuereinrichtung 20 kann das erste Relais 14 und das zweite Relais ersetzen, um die Größe des Leistungsaufnahme-Netzwerksystems zu verringern. Ein Störstrom 5i, der beispielsweise infolge eines in der Sekundärspule des Netzwerktransformators, der in die Netzwerkleitung 1B geschaltet ist, bewirkten Lagenkurzschlusses zu einem ursprünglichen Störungspunkt X3 fließt, ist kleiner als ein normaler Strom 6i, der in einer jeden der anderen Netzwerkleitungen 1A und 1C fließt. Der normale Strom 6i und der Störstrom 5i, die durch die Stromtransformatoren 9 nachgewiesen werden, beaufschlagen die Operationssteuereinrichtung 20, um sie zu veranlassen, zu bestimmen, daß ein Strom, der kleiner ist als der normale Strom 6i, der Störstrom ist,- um Entscheidungs- Ausgangssignale zu erzeugen, durch die der Schutzunterbrecher 10 in der Netzwerkleitung 1B unterbrochen wird, und der Lastschalter 12 wird daraufhin geöffnet, wodurch verhindert wird, daß der Netzwerktransformator 7 durchbrennt.
(4) Ein Verzögerungsbauteil 17 ist zusätzlich zwischen dem Vakuumunterbrecher 13 und dem Lastschalter 12 vorgesehen, so daß der Lastschalter 12 durch das Verzögerungs bauteil 17 geöffnet werden kann, nachdem der Vakuumunterbre cher 13 geöffnet ist. Auf diese Weise wird der Störstrom auf der Sekundärseite des Netzwerktransformators 7 durch den zugehörigen Stromtransformator 9 nachgewiesen und dann durch den Vakuumunterbrecher 13 unterbrochen. Demgemäß unterbricht der Vakuumunterbrecher 13 nur den Störstrom auf der Primärseite wirkungsmäßig, und ein kleiner Strom zum Vakuumunterbrecher 13 und die Spannung auf der Netzwerkleitung werden durch den Lastschalter 12 ausgeschaltet, wodurch gewährleistet wird, daß ein Vakuumkontaktgeber zum einfachen Ausschalten des geringen Stroms als Vakuumunterbrecher 13 verwendet werden kann, und es können weiterhin die Größen- und die Kostenverringerung des Leistungsaufnahme-Netzwerkgeräts erreicht werden.
Bei einer Alternative ist ein Unterbrecher auf der Primärseite des Netzwerktransformators vorgesehen, und ein Stromtransformator ist auf der Sekundärseite vorgesehen, so daß der Unterbrecher nach dem Nachweis eines Störstrons durch den Stromtransformator geöffnet werden kann.
Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung ein Störstrom auf der Sekundärseite des Transformators durch den Stromdetektor nachgewiesen, und der Unterbrecher auf der Primärseite des Transformators wird durch ein Nachweissignal geöffnet. Als Ergebnis braucht der Unterbrecher lediglich den primärseitigen Strom zu unterbrechen, der kleiner ist als der sekundärseitige Strom, und daher kann dieser Unterbrecher eine geringe Unterbrechungsfähigkeit aufweisen, um die Größe des Leistungsaufnahmegeräts zu verringern und den Schutzbereich so zu erweitern, daß er einen Leitungsabschnitt zwischen dem Transformator und dem Unterbrecher abdeckt.

Claims

1. Leistungsaufnahmesystem mit

wenigstens einem in eine Netzwerkleitung (1A, 1B, 1C) geschalteten Netzwerktransformator (7),

einer mit der Sekundärseite des Netzwerktransformators verbundenen stromnachweiseinrichtung (9),

einer Steuereinrichtung (14, 15; 20), die auf ein Nachweissignal der Stromnachweiseinrichtung reagiert, das für einen Störstrom auf der Sekundärseite des Netzwerktransformators steht,

einer mit der Primärseite des Netzwerktransformators verbundenen ersten Unterbrechereinrichtung (12, 13) und

einer mit der Sekundärseite des Netzwerktransformators (7) verbundenen zweiten Unterbrechereinrichtung (10),

wobei die Steuereinrichtung (14, 15; 20) so verbunden ist, um das Öffnen der zweiten Unterbrechereinrichtung (10) in Ubereinstimmung mit dem Nachweissignal zu steuern,

dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherkapazität der ersten Unterbrechereinrichtung kleiner ist als die der zweiten Unterbrechereinrichtung (12, 13), und

die Steuereinrichtung (14, 15; 20) auch so verbunden ist, um das Öffnen der ersten Unterbrechereinrichtung (12, 13) in Übereinstimmung mit dem Nachweissignal zu steuern.

2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Sekundärseite des Netzwerktransformators (7) durch die Netzwerkleitung (1A, 1B, 1C) mit einem Netzwerkbus (2) verbunden ist.

3. System gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung ein erstes und ein zweites Relais (14, 15) oder eine operationssteuereinrichtung (20) aufweist.

4. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Unterbrechereinrichtung einen Lastschalter (12) und/oder einen Vakuumunterbrecher (13) aufweist.

5. System gemäß Anspruch 41 das weiter eine mit dem Lastschalter (12) und dem Vakuumunterbrecher (13) verbundenen Verzögerungseinrichtung (17) aufweist, um den Lastschalter später als den Vakuumunterbrecher zu öffnen.

6. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 51 wobei die zweite Unterbrechereinrichtung einen Schutzunterbrecher (10) aufweist.

7. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stromnachweiseinrichtung wenigstens einen Stromtransformator (9) aufweist.

8. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (14, 15; 20) die zweite Unterbrechereinrichtung (10) in Übereinstimmung mit dem Nachweissignal öffnet, das für einen Störstrom steht, der durch den Netzwerktransformator (7) verursacht wird und kleiner ist als der normale, durch die Netzwerkleitung fließende Strom.