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Einrichtung zum Abschalten von, fehlerhaften Leitungsabschnitten einer
Leitungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Abschalten von fehlerhaften
Leitungsabschnitten, insbesondere solchen in über Umspanner miteinander gekoppelten
Hochspannungsnetzen verschiedener Betriebsspannung. Erhält z. B. ein für eine bestimmte
Kurzschlußleistung projektiertes Netz außer der oder den bereits vorhandenen Einspeisungen
zusätzlicheEinspeisungen,Jurch welche die Kurzsdhlußleistung des Netzes wesentlich
erhöht wird, so kann der Fall eintreten, daß die vorhandenen Leistungsschalter bei
einem Kurzschluß diese Leistung nicht mehr abschalten können und daher durch solche
mit höherer Abschaltleistung ersetzt werden müßten. Es kann aber :auch bereits bei
der Projektierung einer Anlage das Problem auftreten, daß an einer oder mehreren
Stellen eines Netzes. mit gegebener Betriebsspannung so große Leistungsquellen vereinigt
werden müssen, daß bei einem Kurz.schluß eine so !hohe Kurzschlußleistung entsteht,
daß sie mit den für dneseBetriebsspannung auf dem Markt befindlichen Sdhaltern überhaupt
nicht abgeschaltet werden kann. Umdiese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird nach
der Erfindung beim Auftreten eines Fehlers, z. B. eines Kurzschlusses,
in
einem Netz -an einer, oder mehreren Stellenlieses Netzes oder in einem mit ,dem
Netz über einen Umspanner verbundenen zweiten Netz von z. B. 'höherer Betriebsspannung
kurzzeitig ein z. B. allpoliger Kurzschluß unmittelbar oder über Widerstände herbeigeführt
und innerihalb@der Dauer des kurzzeitigen Kurzschlusses ;die Öffnung der entsprechend.den
Selektivitätsbedingungendie Abschaltung des fehlerhaften Leitungsabschnittes übernehmenden
Schalter vorgenommen. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung kann zwecks Entlastung
der Leistungsschalter auch an Stelle eines kurzzeitigen Kurzschlusses eine kurzzeitige
Unterbrechung der Energiezufuhr zu -der Fehlerstelle vorgenommen werden.
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Es ist Zwar bereits vorgeschlagen worden, beim Auftreten von Leitungskurzschlüssen
- in einer Leitungsanlage die Phasenleiter der fehlerhaften Leitung kurzzeitig kurzzuschließen.
Dieses Verfahren hat jedoch @dne Aufgabe, durch den kurzzeitigen Kurzsch:luß :die
Energie von der Fehlerstelle abzusaugen und, falls es sich um einen Lichtbogenfehler
handelt, dadurch den Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Gelingt dies nicht, so
haben die dem fehlerhaften Lpitunigs:abschnitt zugeordneten Leistungsschalter die
Abschaltung dieses Abschnittes vorzunehmen. Beim Gegenstand der Erfindung handelt
es sich dagegen darum, denjenigen Schaltern, welche :die Abschaltung des fehlerhaften
Leitungsabschnittes vorzunehmen haben, so viel Energie zu entziehen, daß sie auch
,dann, wenn ihre Abschaltleistung kleiner als die Kurzschlußleistung des Netzes
ist, die Abschaltung,des fehlerhaften Abschnittes betriebssicher vornehmen können.
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Der Gegenstand :der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt eine dreiphasige Leitungsanlage mit zwei von einem Sammelschienensystem
3 einer Station abgehenden Leitungen i und 2 mit den zugeordneten Leistungsschaltern
4 bzw. 5 in schematischer Darstellung. Das. Sammelschienensystem 3 wird bei dem
gewählten Ausführungsbeispiel von in :der Station angeordneten -6 und 7 gespeist.
Die Abschaltleistung der Schalter 4 und 5 sei annahmegemäß kleiner als die Kurzschlußleistung
des gesamten Leitungsnetzes. Mit 8 ist eine dreiphasige Kurzschalteinrichtung an
sich beliebiger Bauart, z. B. ein gewöhnlicher Leistungsschalter, bezeichnet, mit
der sämtliche Phasenleiter des Sammelschienensystems unmittelbar öder über Widerstände
kurzzeitig kurzgeschlossen werden können. Die Kurzschalteinrichtung 8 wird von idenjenigen
Schutzrelaiseinrichtungen gesteuert, die auch auf die Auslösung der Schalter der
von dem Sammelschienen,system abgehenden Leitungen Einfiuß haben.
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Tritt nun z: B. in der abgehenden Leitung 2 ein. Kurzschluß' auf,
so wird die in der Station vorgesehene, der Leitung 2 zugeordnerte Selektivschutzeinrichtung
:ansprechen und die Auslösung des Schalters 5 einleiten. Gleichzeitig wird sie aber
auch der Schalteinrichtung 8 einen. Schaltbefehl übermitteln, .durch welchen- .das
Einlegen des Schalters 8 und damit ein dreiphasiger Kurzschluß herbeigeführt wird.
Während :der Zeitdauer dieses Kurzschlusses wird :dann der Schalter 5, der durch
den bewußt herbeigeführten Kurzschluß nunmehr völlig oder aber zu. einem Teil entlastet
worden ist, geöffnet. Nach :dem erfolgten Öffnen des Schalters 5 wird dann der Schalter
8 sofort wieder geöffnet. Die Steuerung der Schalter 5 und 8 muß daher durch an
sich bekannte relaistechnische Mittel aufeinander abgestimmt sein. .
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Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme bei :der vorgeschriebenen
Leitungsanlage ist es also möglich, dieLeistungsschalter der einzelnen Leitungsabschnitte
trotz der !aus irgendeinem Grunde erfolgten Erhöhung der Kurzschlußleistung des
Netzes weiter zu benutzen und dadurch ihre Ersetzung durch Schalter entsprechend
höherer Abschaltleistung zu vermeiden.
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,Es können nun aber auch, wie eingangs erwähnt, Fälle auftreten, in
.denen die vorhandenen Schalter durch solche höherer Abschaltleistung überhaupt
nicht ersetzt werden können, da Schalter mit der geforderten großen Abschaltleistung
überhaupt nicht !hergestellt werden können. Ein solcher Fall liegt z. B. dann vor,
wenn zwei voneinander unabhängige Leitungsnetze verschiedener Betriebsspannung mit
selbständigen Einspeisungen über einen Umspanner zu einem größeren Netzverband zusammengeschaltet
werden sollen. Durch eine derartige Netzverkopplung wird natürlich die Kurzschlußleistung
des gesamten Netzes, insbesondere an der Kuppielstelle, in beträchtlichem Maße erhöht.
Dies kann .dazu führen, daß bei einem Fehler in dem Netz mit !der kleineren Betriebsspannung
die diesem Netz zugeordneten Schalter Abschaltleistungen bewältigen müßten, :die
mit den bisher bekannten Schaltern nicht geschaltet werden können.
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Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine derartige Netzverkopplung in schematischer
Darstellung. Ein dreiphasiges Netz I mit einer Betriebsspannung von z. B. ioo,kV
soll über einen Umspanner 19 mit einem zweiten dreiphasigen Netz II mit einer
Betri,eb.sspannung von z. B. 40o kV zusammengeschaltet wenden. Beide Netze werden
unabhängig voneinander von in !der Zeichnung nicht dargestellten Stromerzeugern
gespeist. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel gehen von der ioo-IlcV-Sammelschiene
9 der Station zwei Leitungen iö und ii mit den zugehörigen Schaltern 12 bzw. 13
und von der 4oo-kV-Sammelschiene 14 ebenfalls zwei Leitungen 15 und 16
mit den zugeordneten Schaltern,z7 bzw. i8 ab.
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Würde nun in einem :derart verkoppelten Netz, z. B. in der Leitung
i i des io:o-'kV-Netzes, ein Kurzschluß auftreten, so kann. an der Sammelschiene
9 eine Kurzschlußleistung von z. B. 5000 MVA auftreten, die der der fehlerhaften
Leitung zugeordnete Schalter 13 bewältigen müßte. Die Abschaltung einer derartigen
Leistung ist jedoch mit den bekannten @ioo-kV-Schaltern nicht
möglich.
Infolgedessen könnte eine Verkopplung der beiden Netze i und 2 normalerweise gar
nicht vorgenommen werden.
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Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist nach der Erfindung in dem
4oo-kV-Netz, vorzugsweise in der Umspannstation selbst eine Kurzschalteinrichtung
2o vorgesohen, die von den Selektivschutzeinrichtungen der Leitungen des iioo-kV-Netzes
gesteuert wird und einen kurzzeitigen dreiphasigen Kurzschluß, z. B. in dem Sam@melschienensystem
1d., ermöglicht. Sobald die Selektivschutzeinrichtung der annahmegemäß von einem
Kurzschluß betroffen-,n Leitung ii des Netzes I einen Fehler festgestellt hat, wird
gleichzeitig mit der Einleitung der üblichen Messungen durch die Anregeglieder ein
Schaltbefehl an,den Schalter 2o gegeben, durch den das sofortige kurzzeitige Schließen
dieses Schalters herbeigeführt wird. Durch diesen künstlich hervorgerufenen, nur
kurze Zeit andauernden Kurzschluß wird. erreicht, daß der Schalter 13, der die Abschaltung
der vorgenannten hohen Kurzschlußleistung übernehmen müßte, zumindest so weit entlastet
wird, daß er die verlangte Abschaltung der fehlerhaften Leitung i i betriebssicher
vornehmen kann.
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Mit Rücksicht auf ein unerwünschtes Ansprechendes Sammelschienenschutzes
und auch zur Vermeiidung einer unnötigen Beunruhigung des Netzes darf der künstliche
Kurzschluß nur kurzzeitig andauern. Andererseits muß der Kurzschluß so lange bestehenbleiben,
bis der :die Abschaltung der fehlerhaften Leitung vornehmende Schalter geöffnet
worden ist. Die Kurzschlußdauer des Schalters 2o muß daher zu der für das Öffnen
des Leitungsschalters benötigten Zeit in einer bestimmten Beziehung stehen.
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An Stelle eines Schalters, der einen kurzzeitigen Kurzschluß herbeiführt,
kann nach der Erfindung auch ein solcher Schalter, der eine kurzzeitige Unterbrechung
oder Verminderung der Energiezufuhr zu der Fehlerstelle ermöglicht, vorgesehen ,werden.
Die Anordnung muß in diesem Fall so ge-
troffen wierden, daß während der Dauer
der Energieunterbrechung oder -minderurig die den Fehler abschaltenden Leistungsschalter
geöffnet werden. Zweckmäßig wird man inLeitungsanlagen, die bereits mit Kurzschlußfortschaltein.richtungen
ausgerüstet sind, die vorhandenen Kurzschlußfortschalter zur Durchführung der erfindungsgemäßen
Maßnahme heranziehen.
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Im übrigen können bei der vor-beschriebenen zweiten Lösung der gestellten
Aufgabe sinngemäß dieselben Anordnungen getroffen werden wie bei dem ersten Vorschlag.
Zum Beispiel kann die Unterbrechung der Energiezufuhr erfindungsgemäß nur für einen
Teil der Speisequellen durchgeführt werden, oder es kann erfindungsgemäß die Energiezufuhr
durch kurzzeitiges Einschalten von Widerständen, z. B. von Reaktanzen, vermindert
werden.
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Die Abgabe des Schaltbefehls an die Schalteinrichtung erfolgt im Fehlerfall
bei allen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß durch die Selektivschutzeinrichtun.g,zweckmäßig
durch deren Anregeglieder, und zwar durch die- Schutzeinrichtungen .derjenigen Leitungen,
die den Fehlerstrom führen. Liegt der Fehler in einem Leitungsabschnitt, der der
mit dem Kurzschalter ausgerÜsteten Station nicht unmittelbar benachbart ist, so
wird der Schaltbefehl der Schalteinrichtung über Hilfsleistungen oder irgendeinen
anderen Hilfskanal, z. B. einen Hochfrequenzkanal, zugeführt.
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Die Erfindung kann sinngemäß auch bei einem Erdschluß eines Leiters
Anwendung finden, wenn der Erdschluß kurzschlußartige Ströme hervorruft, die ihrersieits
die-,Abschaltung des fehlerhaften Leitungsabschnittes zur Folge haben. Bei einem
einfachen Erdschluß wird man in der Regel von der Erfindung nur dann Gebrauch machen,
wenn die beim Erdschluß auftretende Fehlerleistung größer ist als die Abschaltleistung
der Leistungsschalter, die die fehlerhafte Leitung abzuschalten haben.
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Nach der Erfindung kann auch die Herbeiführung des Kurzschlusses oder
der Energieunterbrechung oder -minderurig anstatt für alle Phasenleiter lediglich
für diejenigen Phasenleiter erfolgen, die am Fehler beteiligt sind.
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Es ist auch denkbar, die Betätigung der Schalteinrichtung davon abhängig
zu machen, ob der Fehlerstrom oder die Fehlerleistung am Leistungsschaltereinbauort
die entsprechenden zulässigen AbschaItwerte der Leistungsschalter überwiegt. Wird
dies durch geeignete Relaiseinrichtungen festgestellt, so wird die Entlastung nach
der Erfindung durchgeführt. Anderenfalls ist dies nicht erforderlich.
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Die nach der Erfindung zum Kurzschließen oder Unterbrechen oder Vermindern
der Energiezufuhr dienenden Entlastungsschalter können an irgendeiner Stelle einer
Leitung des Netzces oder aber auch in den Netzknotenpunkten selbst, und zwar vorzugsweise
in solchen mit Energiezufuhr vorgesehen werden. Dabei ist es vorteilhaft,, nicht
in allen, sondern nur in einzelnen Netzknotenpunkten mit Energiezufuhr Entladungssdhalter
vorzusehen. Vorzugsweise erhalten dabei lediglich diejenigen Netzknotenpunkte Entlastungsschalter,
denen verhältnismäßig große Leistungen zugeführt werden.