DE734584C - Abschaltungsanordnung fuer eine Anlage zur Energieuebertragung auf grosse Entfernungen durch hochgespannten Gleichstrom - Google Patents

Description

• Abschaltungsanordnung für eine Anlage zur Energieübertragung auf große Entfernungen durch hochgespannten Gleichstrom Die Erfindung bezieht sich auf das Problem des Abschaltens von Kraftübertragungsanlagen, die mit hochgespanntem Gleichstrom arbeiten. Angesichts der Tatsache, daß es sich hier meist um Spannungen. in der Größenordnung über zoo kV handeln dürfte, erscheint es nach dem augenblicklich bekannten Ent-. Wicklungsstand der Technik nicht möglich, für das Abschalten solcher Leitungen unter Last mechanische Kontakte zu verwenden. Es ist deshalb bereits der Vorschlag ge- macht worden, zu diesem Zweck sogenannte Kondensatorschalter zu benutzen, bei denen die beim Abschalten frei werdende Leitungsenergie von einem Kondensator aufgenommen wird. Solche Kondensatorschalter haben das Merkmal gemeinsam, daß parallel zu einer in der Gleichstromleitung liegenden steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsstrecke ein Umlenkkreis geschaltet ist, der in HintereinanderschaItung eine weitere steuerbare Gasentladungsstrecke (Schaltrohr), den Kondensator und einen Dämpfungswiderstand enthält. Gegebenenfalls kann im Umlenkkreis außerdem noch eine Induktivität angeordnet sein. Die im Leitungszug liegende Entladungsstrecke kann entweder eigens für die Bildung des Kondensatorschalters vorgesehen sein (Hilfsrohr), sie kann aber auch einen Teil des am Ende der Übertragungsleitung liegenden und von dieser gespeisten Wechselrichters darstellen.
• Eine Kraftübertragungsanlage mit einem Kondensatorschalter der erstgenannten Art, bei dem ein besonderes Hilfsrohr vorgesehen ist, ist in Fig. i dargestellt. Atn linken Eil_le der Gleichstromleitung a liegt die speisende Spannungsquelle, meist wohl ein Gleichrichter i, dessen Gleichspannung den Wert, Ei besitzen möge. Ain anderen Ende liegt Wechselrichter 3, dessen Gleichspannung für die nachfolgenden Betrachtungen unter @'ernacliliissigung der Spannungsabfälle in der Leitung gleich Lt sein möge. Am anderen Ende der Cbertragungsleitung liegt außerdem im Zuge der Leitung eine Induktivitä t Lt. Diese kann z. T. schon durch die Induktivität des Wechselrichters gebildet sein, wozu dann gegebenenfalls noch die Induktivität von Glättungsdrosseln usw. hinzutritt. Der Kondensatorscbalter möge ebeilfalls an deni Wecliselricliterende der Leitung angeordnet sein. Er bestellt, wie eingangs beschrieben, aus einem Hilfsrohr d. und dein Utnlenkkreis, welcher das Schaltrohr 5, den Kondensator C und einen Dämpfung swiderstand R<< umfaßt. Hierzu kann noch eine weitere Induktivität L.. beispielsweise in Form einer Drosselspule, hinzutreten.
• Der Abschaltvorgan-, geht in der Weise vor sich, daß der Gleichstrom zunächst, beispielsweise durch öffnen eines Kurzschließers, über das Hilfsrohr s eführt wird. Der Kondensator C ist vorher' auf die Spannung _'o aufgeladen worden. Nunmehr wird das vorher noch gesperrte Schaltrohr ., freigegeben, nachdem zuvor das Gitter des Hilfsrohres .l. an Sperrpotential gelegt wurde. Die Stromführung gellt nun infolge der @'or'spannung des KondeiTsatorsC auf den Umlenkkreis über, der Kondensator, der vorher so aufgeladen war, daß seine rechte Belegung positives, seine linke Belegung negatives Potential besaß, wird umgeladen, bis schließlich der Strom in dem Umlenkkreis zu Null- wird und das Schaltrohr 5 erlischt. Der Abschaltvorgäng ist damit beendet. Ist in dem Umlenkkreis keine Induktivität vorhanden, so geht sofort beim Freigeben des Schaltrohres 5 die gesamte Stromführung auf den Umlenkkreis über. Durch eine Induktivität L. im Urnlenkkreis wird dieser Vorgang jedoch verzögert, so daß der Strom in dein Umlenkkreis mit dein Leitungsstrom erst nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne übereinstimmt.
• Im folgenden soll nun der zeitliche Verlauf des Stromes i.,. im Umlenkkreis verfolgt werden, und zwar zunächst unter der Voraussetzung, daß im -Uinlenkkreis keine Induktivitätvorhanden ist. DieDurchrechnungergibt für diesen Fall das in Fig. :2 dargestellte Kenn-Linienbild für die Abhängigkeit des Stromes i,. von der Zeit t. Hierbei wurden bestimmte Zahlenwerte zugrunde gelegt, und zwar wurde die Vorladespannung U, des Kondensators züa

  ?oo k3`, seine Kapazität C zu to PI# , der D<iInp-

  fungswiderstand Rd zu 86 Olim und die I.n-

  dtthtivitiit L, am @@Tecliselriclitereilde zu 0.-J23 1I

  angenoininen. Weiterhin wurde angenommen.

  daß die lcilonietrisclie Induktivitit der Gleich-

  #tronileitung Lk. = o,dj niIdikin und ihre kilo-

  'inetrische Kapazität Cl. = 0,23 iiFjl#jiii betragt.

  Die einzelnen Kurven gelten für verschie-

  dene Werte des abzuschaltenden Leittuirs-

  stroines J,. Diese Stroin#,verte sind jeweils

  an den dazugehörigen Kurven angegeben.

  Der höchste Stromwert J n Max = 232o Aml,..

  für den noch eine Kurve gezeichnet ist, ist

  der Grenzwert, der unter den gemachten

  @'orauaetzungen überhaupt abgeschaltet wer-

  den kann. Dieser Wert errechnet sich zti

  J, itn,- = R,, . Ein gröberer Stroin wurde nicht

  die Bedingung erfüllen, daß der Spannungs-

  abfall am Dihnpfungswiderstand kleiner ist

  als die Kondensatorvorspannung und könnte

  infolgedessen von dein Unilenkkreis des Sclial-

  ters nicht mehr übernommen werden. Die

  Kurvenschar zeigt, daß mit abnehinendeni

  Strom die Zeit t, die vergeht, bis der Strom

  in dein U inleilldcreia zu 1u11 wird. uni so

  größer wird, je kleiner der abzuschaltende

  Strom ist. Am längsten wird diese Zeit beim

  Abschalten der leerlaufenden Le=ttin" wobei

  sie unter den hier angenommenen Zahlen-

  werten den Wert 6,c) ins erreicht.

  In Fig. 3 sind, allerdings für etwas andere

  Zahlenwerte der in Betracht kommenden GrO-

  l''ten, die entsprechenden K=urven für den Fall

  dargestellt, daß in dein Uinlenkkr;is des

  Kondensatorschalters noch eine Induktiv ität L=

  liegt. Die für das Beispiel angenommenen

  Zahlenwerte sind folgende:

  C = to crF, Rd = ; o Ohin, L= = 0,31 H.

  Die übrigen Werte seien die gleichen wie bei

  dein der Fig. 2 zugrunde gelegten Beispiel.

  Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß <las

  \-orhandensein einer Induktivität in dein U m-

  lenkkreis zur Folge hat, daß die Cbernahnie

  des Stromes durch den U mlenkkreis eine ge-

  wisse Zeit dauert. Die Cbergabe des Stromes

  von dein Hilfsrohr an den U rnlenkkreis erfolgt

  dabei nach einer Kurve A. Der Strom i.,, in

  dem Unilenkkreis steigt, gleichgültig wie groß

  der abzuschaltende Leitungsstroh ist, zu-

  nächst stets nach dieser Kurve :3 an, bis, die

  Stromübergabe an dem Umlenkkreis vollendet

  ist, d.li. bis der Strom i4 die volle Größe des

  abzuschaltenden Leitungsstromes erreicht hat.

  Jede Abschaltkurve, ausgenommen natürlich

  die für den Strom J" = Ü, besitzt daher am

  Anfang ein Stück, welches mit der Kurve A

  übereinstimmt. Erst von der Erreichung des

  jeweiligen Absclialtstroln "wertes an «-e=cht der

  weitere Stromverlauf von der Kurve :3 ab,

  wie es in Fig. 3 für den Strom Null und drei weitere Ströme von 250, 5oo und 75o Amp. dargestellt ist. Man erkennt aus Fig. 3, daß auch hier die Abschaltung der leerlaufenden Übertragungsleitung am meisten Zeit erfordert. Der Nulldurchgang würde in diesem Fall erst nach etwa 8,5 ins erreicht werden.
• Durch den Abschaltvorgang, nicht schon durch den Übernahmevorgang wie bei dem Kondensatorschalter, dessen Umlenkkreis parallel zum Verbraucher liegt, werden nun Wanderwellen ausgelöst, die entlang der Leitung nach ,dem anderen Leitungsende taufen und von dort wieder reflektiert werden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß diese Wanderwellen, wenn nicht besondere Bemessungsvorschriften innegehalten werden, ein Abschalten der Leitung dadurch unmöglich machen, daß sie den Strom in dem Umlenkkreis nicht wieder auf Null heruntersinken lassen. Dieser Zustand tritt dann ein, wenn die reflektierte Welle bereits wieder zurückkehrt, bevor der Strom in dem Umlenkkreis bis auf. 11"u11 gesunken ist. Auch dieser neue Stromimpuls kann nicht gelöscht werden, da inzwischen eine weitere reflektierte Welle eintrifft usf. Gemäß der Erfindung werden deshalb die am Ende der Leitung in dieser liegenden Induktivitäten, die Kapazität des Kondensators, des Dämpfungskreises und ge-.gebenenfalls der Induktivität des @in@enkkreises in bezug auf den Wellenwiderstand der Leitung so bemessen, daß der halbe Betrag der durch diese Größen bestimmten Eigenschwingungsdauer kleiner ist als die Zeit, die eine Wanderwelle benötigt, um von dein Kondensatorschalter bis zum Anfang der Leitung und wieder zurück zu laufen.
• Es wurde bereits vorher darauf hingewiesen, daß der Abschaltvorgang am längsten dauert, wenn die leerlaufende Leitung abgeschaltet werden soll. Dieser Fall ist also der ungünstigste; denn er bestimmt die für ein einwandfreies Abschalten zulässige kleinste Laufdauer der entstehenden Welle. Die Rechnung zeigt, daß in diesem Fall die bis zum Nulldurchgang des Stromes i, im Umlenkkreis vergehende Zeit gleich der Halbwelle einer Schwingung ist, deren Kreisfrequenz Sich aus der Formel ergibt: stand der Leitung. Aus den.Kurven der Fig. a und 3 erkennt man, daß es sich beim Abschalten der leerlaufenden Leitung tatsächlich um die Halbwelle einer gedämpften Schwingung handelt; die Dämpfung hat aber auf die Schwingungsdauer nur einen geringen Einfluß. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle längs der Leitung bzw. des Kabels ist Mit den angenommenen Zahlenwerten ergibt sich für das Beispiel, auf das sich die Kurven der Fig. #2 beziehen, bei einer Länge L der Kabelleitung von 3oo kin eine Laufzeit der Welle für Hin- und Rückweg von 7,35 ins. Dieser Wert ist an der Abszissenachse mit tL markiert. Man erkennt, daß das Zahlenbeispiel so gewählt wurde, daß bei allen Strömen eine einwandfreie Abschaltung erfolgt, da die reflektierte Welle erst nach Ablauf der halben Schwingung wieder eintrifft. Anders ist es dagegen bei dem Beispiel, auf das sich Fig. 3 bezieht. Hier ist, da dieselben Leitungskonstanten zugrunde gelegt wurden, die Laufzeit der Welle die gleiche wie vorher, also auch 7,35 ins. Da aber die halbe Schwingungszeit 8,5 ms beträgt, so ist ein Abschalten der leerlaufenden Leitung nicht mehr möglich. Die Laufzeiten rechnen jeweils erst von der Beendigung des durch die kurve A an-gegebenen Übergabezeitabschnittes ab. Für die Kurven für o und 25o Amp. Abschaltstroin ist die Laufzeit tL eingetragen. Von dem Punkt ab, wo die Laufzeit endet, verliert die entsprechende Abschaltkurve ihre physikalische Bedeutung, da ja hier eine neue Stromwelle beginnt. Die Kurven sind deshalb je «-eils von diesem Punkt ab auch nur punktiert eingetragen. Verbindet man miteinander diejenigen Punkte der Abschaltkurven für die verschiedenen Ströme, welche jeweils zu dem Zeitpunkt, gehören, in dein die reflektierte Welle zurückkehrt, so erhält man eine Grenzkurve B. Eine Abschaltung ist dabei nur dann möglich, wenn die für den betreffenden abzuschaltenden Strom geltende Abschaltkurve, die Grenzkurve B vor dem Nulldurchgang nicht mehr schneidet. Diese Bedingung erfüllen in Fig. 3 nur die beiden für Abschaltströme von e500 und 75o Amp. geltenden Kurven. Man kann durch Interpolation ermitteln, daß der kleinste noch abschaltbare Strom unter den angenommenen Zahlenwerten bei etwa 35o Amp. liegt. Für den praktischen Betrieb wäre jedoch die in Fig. 3 zugrunde gelegte Bemessung der einzelnen Glieder unbrauchbar,' da es natürlich auch möglich sein muß, kleinere Ströme bzw. auch die leerlaufende Leitung abzuschalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Abschaltungsanordnung für eine Anlage zur Energieübertragung auf große Entfernungen durch hochgespannten Gleichstrom, bei der am Ende der Übertragungsleitung außer konzentrierten Induktivitäten ein Kondensatorschalter liegt, der aus einem eine steuerbare Entladungsstrecke, einen Kondensator, einen Dämpfungswiderstand und gegebenenfalls noch eine weitere Induktivität enthaltenden Umlenkkreis parallel zu einer in der Leitung liegenden steuerbaren Gasentladung sstrecke besteht, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der am Ende der Leitung in dieser liegenden Induktivitäten, der Kapazität des Kondensators, cles Därnpfungswiderstandes und .gegebenenfalls der Induktivität des Umlenkkreises in bezug auf den Wellenwiderstand der Leitung, daß der halbe Betrag der durch diese Größen bestimmten Eigenschwingungsdauer kleiner ist als die Zeit, die eine Wanderwelle benötigt, um von dem Kondensatorschalter bis zum Anfang der Leitung und wieder zurück zu laufen.