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Die Erfindung betrifft eine Begrenzungsvorrichtung
für einen
Hochspannungsleistungsschalter, des Typs, der "dead tank" genannt wird, mit einem geerdeten Metallgehäuse, angeordnet
stromaufwärts einer
elektrischen Hochspannungsleitung in einem Stromverteilungsnetz
oder Fernleitungsnetz für
Energie, und insbesondere eine Begrenzungsvorrichtung für die Geschwindigkeit
der Wiederherstellung der Spannung nach einer Unterbrechung infolge
einer Störung
in der Leitung.
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Wie im Stand der Technik bekannt
ist, muss ein stromaufwärts
einer elektrischen Hochspannungsleitung angeordneter Hochspannungsleistungsschalter
Störungen
in der Leitung unterbrechen, die stromabwärts bis zu Entfernungen von
einigen Kilometern auftreten können
und die durch sehr hohe Stromstärken
gekennzeichnet sind. Diese Stärken
können
zum Beispiel 57 kA erreichen für
eine Speisung mit 145 kV und 60 Hz.
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Ein Problem, das nach einer durch
eine derartige Störung
verursachten Unterbrechung auftritt ist das Einhalten der Wiederherstellungsbedingungen der
Spannung, die auf Netzebene vorgesehen sind, insbesondere im Hinblick
auf die Wiederlerstellungsgeschwindigkeit der Spannung du/dt. Es
ist zum Beispiel erforderlich, im Fall einer Speisung von 145 kV und
60 Hz wie oben beschrieben eine Wiederherstellungsgeschwindigkeit
von 13,6 kV/μs
einzuhalten.
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Da die Leistungsschalter gegenwärtig das Einhalten
einer solchen Belastung nicht ermöglichen, wird üblicherweise
vorgesehen. stromabwärts
eines Leistungsschalters einen Kondensator zwischen Erde und Leitung
anzuordnen, um die Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Spannung
auf einen kleineren Wert zu begrenzen als den Wert, der von dem Leistungsschalter
unterstützt
werden kann. Jedoch kann der in einer solchen Vorrichtung vorgesehene Kondensator
nur eingreifen, um eine Spannung während der Wieder-herstellung
stromabwärts
des Leistungsschalters herabzusetzen, und er bleibt wirkungslos
auf jene Spannung stromaufwärts
der Quelle. Ein Leistungsschalter dead tank. der direkt an eine Stromversorgungsscheine
stromaufwärts
angeschlossen ist, ist mit keiner wesentlichen, zum Eingreifen geeigneten
Kapazität
ausgestattet, wobei der Ausgangsdurchführungsisolator eine kleine
Kapazität
der Größenordnung
von 50 bis 100 pF zuführt.
Er muss jedoch die Summe der Wiederherstellungen der Spannungen
stromaufwärts
und stromabwärts unterstützen können.
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Im Beispiel des oben beschriebenen
Netzes ist ein Wiederherstellungsgeschwindigkeitswert der Spannung
stromaufwärts
du/dt von 2 bis 7,8 kV/μs gebräuchlich,
der Wert der Wiederherstellungsgeschwindigkeit stromabwärts hat
einen Wert von 13,6 kV/μs.
Der hohe Wert der Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Spannung,
stromaufwärts,
der 7,8 kV/μs
entspricht, ist die Folge einer hochfrequenten Spannungsschwankung
aufgrund von Reflexionen des ersten größeren Sprungs auf Ebene der
Stromverbindungsschienen der Verbindung mit der Quelle.
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Selbst wenn es möglich ist, den Wert der Wiederherstellungsgeschwindigkeit
stromabwärts
zu Hälfte
zu reduzieren, indem eine Kapazität von starkem Wert, zum Beispiel
ein Kondensator von 6 bis 12 nF im Fall einer Leitung unter 145
kV, installiert wird, bleibt trotzdem die Wiederherstellungsgeschwindigkeit
an den Anschlussklemmen des Leistungsschalters sehr hoch und sehr
viel höher
als die, die ein Leistungsschalter im Fall einer Unterbrechung zulassen
kann. Es ist auch möglich,
auf Seite der Quelle stromaufwärts
eines Leistungsschalters einen Kondensator zwischen Phase und Erde
anzuordnen, um die Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Spannung
stromaufwärts
auf einen Wert zu reduzieren. der mit der festgelegten Grenze übereinstimmt,
zusätzlich
zum Kondensator. der wie oben beschrieben auf Seite der Leitung
angeordnet ist. Jedoch kann diese Lösung nicht empfohlen werden,
da sie sehr schadensanfällig
ist, wenn eine Störung
des stomaufwärts
des Leistungsschalters angeordneten Kondensators einen Erdschluss
hervorruft.
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Die Erfindung sieht dementsprechend
eine Begrenzungsvorrichtung für
einen Hochspannungsleistungsschalter, des Typs, der "dead tank" genannt wird, mit
einem geerdeten Metallgehäuse
vor, welche zwei Anschlussklemmen aufweist, wobei die eine dazu
bestimmt ist, mit einer elektrischen Hochspannungsleitung verbunden
zu werden, und die andere mit einen an eine Quelle angrenzende Verbindung, die
es ermöglicht,
die Leitung über
den Leistungsschalter zu speisen, wobei diese Vorrichtung dazu bestimmt
ist. die Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Spannung als Folge
einer Unterbrechung, herbeigeführt
durch eine Störung
in der Leitung, zu begrenzen.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Vorrichtung einen Kondensator auf der außerhalb
des Leistungsschaltergehäuses
angeordnet ist und der elektrisch zwischen den beiden Anschlussklemmen
des Leistungsschalters befestigt ist, um die Wiederherstellungsgeschwindigkeiten
der Spannung stromaufwärts
und stromabwärts
des Leistungsschalters infolge einer Unterbrechung aufgrund einer
Störung
in der Leitung zu begrenzen.
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Die Erfindung, ihre charakteristischen
Merkmale und ihre Vorteile sind in der Beschreibung. die in Verbindung
mit den unten genannten Zeichnungsfiguren folgt, genauer beschrieben.
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1 stellt
ein Schema der Prinzipien einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
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2 stellt
ein Diagramm du/dt dar, welches die Entwicklung der Spannungen stromaufwärts und stromabwärts zur
Zeit einer Wiederherstellung zeigt.
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3, 4 und 5 zeigen entsprechend drei Oszillogramme,
die sich auf ein Beispiel einer Begrenzungsvorrichtung gemäß der Erfindung
beziehen.
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Das in 1 dargestellte
Schema weist einen Hochspannungsleistungsschalter 1 vom
Typ "dead tank" auf angeordnet stromabwärts einer
Quelle und stromaufwärts
einer elektrischen Hochspannungsleitung, die mit seiner Hilfe gespeist
wird. Der Leistungsschalter weist an der Außenseite eine Anschlussklemme 2 für die Verbindungsherstellung
mit einem Draht 3 einer oberirdischen Hochspannungsleitung
und eine Anschlussklemme 4 auf Seite der Quelle für die Herstellung
einer Verbindung mit einer Speisungsstromschiene 5 auf.
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Dieser Leistungsschalter ist zum
Beispiel ein Modell HGF1012 oder 1014 von GEC ALSTHOM.
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Eine Begrenzungsvorrichtung ist mit
dem Leistungsschalter 1 verbunden, um die Wiederherstellungsgeschwindigkeit
der Spannung auf einem zulässigen
Wert zu halten, wenn die Speisespannung wieder hergestellt wird,
nachdem sie durch den Leistungsschalter infolge des Auftretens einer
Störung
in der Leitung, welche ausreichend ist, um eine Auslösung des
Leistungsschalters anzustoßen,
unterbrochen war.
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Gemäß der Erfindung ist eine Begrenzungsvorrichtung
vorgesehen, die nur einen Kondensator 6 aufweist, welcher
so zwischen den Anschlussklemmen 2 und 4 des Leistungsschalters
befestigt ist, dass er einerseits mit dem Draht 3 und andererseits mit
der Stromschiene 4 verbunden ist.
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Diese Anordnung ermöglicht das
Reduzieren der Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Spannung du/dt
auf der stromaufwärts
gelegenen Seite des Leistungsschalters 1, aufgrund einer
Wiederherstellung während
der Phase, die initiale Einschwingspannung (TTRI = tension transitoire
de rétablissement
initial) genannt wird. Sie ermöglicht
weiter das Reduzieren der Wiederherstellungsgeschwindigkeit du/dt
auf der stromabwärts
gelegenen Seite während des
ersten Anstiegs der Wiederherstellungsspannung auf Ebene der Leitung.
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Die Komponenten der Spannung des
Einschwingspannungsignals zur Zeit einer solchen Wiederherstellung
haben keine gleichen Eigenfrequenzen wie schematisch in dein Spannungsdiagramm gezeigt
wird, welches in 2 zu
Beispielzwecken dargestellt ist. Die Frequenz auf der stromaufwärts gelegenen
Seite liegt in der Größenordnung
von Megahertz (Kurve 1), während die Frequenz auf der stromabwärts gelegenen
Seite in der Größenordnung
von 250 Kilohertz (Kurve II) liegt für einen Leistungsschalter wie
hier beschrieben ohne Begrenzungsvorrichtung durch Kondensator(en).
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Dies führt demnach dazu, dass der
Kondensator 6 der Begrenzungsvorrichtung gemäß der Erfindung
sowohl zum Reduzieren der Wiederherstellungsgeschwindigkeit stromabwärts als
auch zum Reduzieren der Wiederherstellungsgeschwindigkeit stromaufwärts wirksam
ist. Dieser Kondensator 6 kann aufgrund seiner Anordnung
eine Kapazität
haben, die kleiner ist als die Summe jener der Kondensatoren, die
ansonsten stromaufwärts
und stromabwärts
des Leistungsschalters vorgesehen sind. Es ist nicht mehr notwendig,
einen oder mehrere Kondensatoren stromaufwärts und/oder stromabwärts des Leistungsschalters
anzubringen, wodurch die Nachteile, die dadurch entstehen, beseitigt
weiden.
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Das in 3 zu
Beispielzwecken dargestellte Versuchsoszillogramm zeigt die Entwicklung
der initialen Einschwingspannung TTRI. Diese wird im wesentlichen
durch die elektrischen Eigenschaften beeinflusst, die den Speisungsstromschienen
innewohnen, von denen ein "feil
die Stromschiene 5 ist, die mit der Anschlussklemme 4 stromaufwärts des beschriebenen
Leistungsschalters 1 verbunden ist.
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Das Oszillogramm weist Abszissenwerte auf,
die in Mikrosekunden gemessen sind, und Ordinatenwerte, die Kilovolt
entsprechen. Es zeigt deutlich das starke Gefalle du/dt, das die
initiale Phase einer Wiederherstellung der Spannung kennzeichnet, beginnend
bei Zeitpunkt t1. nach einer sehr kleinen Anzahl von Schwingungen
mit schwacher Amplitude und vor einer Phase gedämpfter Schwingungen der Wiederkehr
zu einem normalen Leistungsbereich am Ende der Wiederherstellung.
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Das in 4 dargestellte
Oszillogramm zeigt ein Beispiel der Einschwingspannung an den Anschlussklemmen
des Leistungsschalters, wenn der initialen Einschwingspannung TTRI
nicht Rechnung getragen wird. Diese Spannungskurve als Funktion der
Zeit ist mit den gleichen Einheiten von Spannung und Zeit wie die
vorhergegangene dargestellt. Die Einschwingspannung ist die Summe
einer niederfrequenten Komponente aufgrund der Wiederherstellungsspannung
auf Seite der Quelle und einer hochfrequenten Komponente aufgrund
einer Wiederherstellungsspannung auf Seite der Leitung.
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Die 5 entspricht
einem tatsächlichen Fall,
wo es gleichzeitig stromaufwärts
des Leistungsschalters eine initiale Einschwingspannung TTRI gibt der
Art wie in Figur dargestellt, und stromabwärts des Leistungsschalters
eine Spannungsschwankung mit oszillierendem Verlauf aufgrund der
Leitung, wobei die Schwankung mit oszillierendem Verlauf der in 4 dargestellten entspricht.
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Die Kurve ist gekennzeichnet durch
eine Wiederherstellungsgeschwindigkeit der Spannung, die sehr hoch
ist, und durch die Tatsache, dass sich die Spannung ohne Verzögerung von
dem Moment der Unterbrechung an wiederherstellt. Die Vorrichtung
gemäß der Erfindung,
in welcher der Kondensator 6 zwischen den Anschlussklemmen
des Leistungsschalters 1 eingesetzt ist, ist insbesondere
interessant, wenn die geforderten Leistungen hoch sind. Das ist
der Fall, wenn der vorgesehene Strom unter 145 kV und bei 60 Hz
63 kA erreicht und das Einhalten einer zulässigen Wiederherstellungsgeschwindigkeit
auf der stromaufwärts
gelegenen Seite des Leistungsschalters 1 schwierig macht.
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Der Wert der Kapazität eines
Kondensators 6 ist zum Beispiel in der Größenordnung
von 1 bis 5 nF gewählt.
Ein Kondensator 6 mit einer Kapazität gleich 5 nF wird beispielsweise
im Fall eines Leistungsschalters installiert, der dazu vorgesehen
ist, unter den oben beschriebenen Konditionen zu funktionieren,
und der einen Defekt in der Leitung entsprechend 90% von 6 kA trennen
können
muss. Dieser Kondensator ermöglicht
das Reduzieren der Wiederherstellungsgeschwindigkeit von 13,8 kV/μs auf 6,6 kV/μs auf der
stromabwärts
des Leistungsschalters gelegenen Seite und von 7,8 kV/μs auf 2,7
kV/μs auf der
stromaufwärts
gelegenen Seite.
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Der Wert der Kapazität eines
Kondensators kann mit Hilfe einer Dimensionierung entsprechend den
aktiven Teilen des Leistungsschalters 1 weiter reduziert
werden. Eine solche Reduzierung erfordert, dass die Unterbrechungskammer
des Leistungsschalters 1 entsprechende Leistungen darbringt,
wobei die Leistungen um so gesteigert sein müssen. als die vorgesehene Reduktion
notwendig ist. Kapazitätswerte
von 600 oder eher herkömmlich
1000 bis 1500 pF sind ganz und gar in Betracht zu ziehen.
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Der Kondensator 6 wird außerhalb
des Leistungsschalters 1 und genauer an der Außenseite
seines dichten Gehäuses
befestigt, damit der Platzbedarf des Metallgehäuses und die Kosten des Leistungsschalters
nicht strapaziert werden.