DE935850C

DE935850C - Surge arrester for direct current high voltage systems

Info

Publication number: DE935850C
Application number: DES3836D
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl-Ing Janetschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-09-27
Filing date: 1944-09-27
Publication date: 1955-12-01

Description

Überspannungsableiter für Gleichstrom-Hochspannungsanlagen Die Erfindung betrifft einen überspannungsableiter für mit hochgespanntem Gleichstrom betriebene Kraftübertragungsanlagen. Bei Dreh-Stromanlagen ist das Problem der Überspannungsableitung verhältnismäßig einfach zu lösen. Man verwendet dort Ableiter, die im wesentlichen aus der Reihenschaltung einer Vorfunkenstrecke mit spannungsabhängigen Strombegrenzungswiderständen und einer Löschfunkenstrecke bestehen. Die Betriebsspannung kann nach Aufhören einer Überspannung nur noch bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang einen Strom über den Überspannungsableiter treiben. In der Nähe des Spannungsnulldurchganges wird infolge der starken Entionisierung der Löschfunkenstrecke der Strom wieder unterbrochen. Dies wäre bei Anwendung eines solchen Ableiters in Gleichspannungsanlagen nicht- .der Fall. Die Betriebsspannung würde hier nach Abklingen der Überspannung den Strom ständig weiter aufrechterhalten. Die üblichen Überspannungsableiter sind also in den Gleichstrom-Hochspannungsanlagen nicht anwendbar. Man könnte daran denken, als Ableiter die Reihen-Schaltung einer Funkenstrecke mit einem zunächst ungeladenen Kondensator zu benutzen:. Dann würde sich beim Auftreten einer Überspannung der Kondensator aufladen, und der Abl.eiterstrom würde nach vollzogener Aufladung wieder zu Null werden. Hierzu wären aber außerordentlich große Kondensatoren notwendig, wobei außerdem die abgeleitete Überspannungsenergie durch die Größe der Kondensatoren festgelegt sein würde. Durch die Erfindung wird ein Überspannungsableiter für Gleichstrom-Hochspannungsanlagen geschaffen, der äußerst einfach, -- aber trotzdem betriebssicher ist und beliebggroße Überspannungsenergien abführen kann. Der Überspannungsableiter nach derErfindung besteht im wesentlichen darin, daß in Reihe mit einer bei einem bestimmten Überspannungsbetrag ansprechenden Entladungs- bzw. Funkenstrecke und einem Strombegrenzungswiderstand! ein.-. Hochspannungs Abschmelzsicherung liegt, welche den Ableiterkreis nach Abführung der überspannungsenergie unterbricht. In dieser einfachsten Ausführungsform fließt die gesamte überspannungsenergie über die Hochspannungssicherung, :so daß diese beim Durchschmelzen bereits stark erwärmt sein wird. Dies ist für eine Abschmelzsicherung ungünstig, da es die Lichtbogenlöschung erschwert. Es ist deshalb vorteilhaft, die Sicherung durch einen Überbrückungss,tromzweig, der sich erst nach Abführung der gesamten Überspannungsenergie oder wenigstens eines: wesentlichen Teiles davon öffnet, von der überispannungsenergie zu entlasten. Die Sicherung wird bei dieser Ausführungsform also erst, nachdem der überwiegende Betrag der Übersp:annungsenergie abgeführt ist, in den Ableiterstromkreis eingeschaltet. Sie befindet sich dann noch in kaltem Zustand. Da die Überspannungsenergie bereits abgeführt ist, braucht sie im wesentlichen nur noch das Abschalten .des von :der Betriebsspannung getriebenen Stromes zu übernehmen.Surge arrester for direct current high voltage systems The invention relates to a surge arrester for high-voltage direct current operated Power transmission systems. In three-phase systems, the problem is the surge discharge relatively easy to solve. There arresters are used, which are essentially from the series connection of a pre-spark gap with voltage-dependent current limiting resistors and a quenching spark gap. The operating voltage can be reduced after a Overvoltage only flows through the current until the next voltage zero crossing Drive surge arrester. In the vicinity of the voltage zero crossing, as a result the strong deionization of the quenching spark gap interrupted the current again. This would not be the case if such an arrester was used in DC voltage systems. .the case. The operating voltage would replace the current after the overvoltage has subsided constantly maintained. So the usual surge arresters are in not applicable to direct current high-voltage systems. You might think of it as a Arrester the series connection of a spark gap with an initially uncharged Condenser to use: Then if an overvoltage occurs, the Charge the capacitor, and the discharge current would be restored after charging has been completed become zero. For this, however, extraordinarily large capacitors would be necessary, where also the dissipated overvoltage energy is given by the size of the capacitors would be set. The invention provides a surge arrester Created for direct current high voltage systems, which is extremely simple - but nonetheless is operationally safe and can dissipate any surge energy. The surge arrester according to the invention essentially consists in that in series with one at one a certain overvoltage amount suitable discharge or spark gap and a current limiting resistor! a.-. High-voltage fuse is located, which interrupts the arrester circuit after the overvoltage energy has been dissipated. In In this simplest embodiment, the entire overvoltage energy flows over the high-voltage fuse: so that it is already very warm when it melts will be. This is unfavorable for a fuse, since it extinguishes the arc difficult. It is therefore advantageous to use a bridging, current branch, which only after dissipation of the entire overvoltage energy or at least one: essential part of it opens to relieve the overvoltage energy. the In this embodiment, security is only after the predominant amount the overvoltage energy is dissipated, switched into the arrester circuit. It is then still in a cold state. Since the overvoltage energy already is discharged, it essentially only needs to switch off .des of: the To take over operating voltage driven current.

Um den Überbrückungsstramkreis selbsttätig zu öffnen, kann man mit Vorteil eine zweite Abschmelzsicherung benutzen, welche entweder,selbst al,s Unterbrechungsorgan für den Überbrückungsstromkreis oder aber als Haltesicherung für einen mechanischen Unterbrechungskontakt dient, der sich beim Abschmelzen dieser :Sicherung, die in dieser Benutzungsart im folgenden als »Haltesicherung« bezeichnet werden ,möge, durch Federkraft öffnet. Die abgeführte überspannungsenergie wird also ihrer Größe nach durch die Haltesicherung bestimmt. Die andere Sicherung, die im folgenden als »Schaltsicherung« bezeichnet werden möge, hat wiederum nur eine ganz geringeLeistung zu unterbrechen.In order to open the bridging circuit automatically, you can use Advantage of using a second melting protection, which either, even as an interruption device for the bypass circuit or as a retaining fuse for a mechanical one The break contact is used when this melts: Fuse, which is in this type of use will hereinafter be referred to as "hold securing", may opens by spring force. The dissipated overvoltage energy is therefore its size after determined by the retaining device. The other backup, hereinafter referred to as May be called "switching fuse", again has only a very low performance to interrupt.

Fig. i der Zeichnung stellt ein Beispiel für diese Ausführungsform der Erfindung dar. Mit 16 sei die zu schützende Gleichstromleitung bezeichnet. Über einen Trennschalterkontakt i ist der Ableiter an die Leitung angeschlossen. Der Ableiter selbst besteht aus der Vorfunkenstrecke 2, welche bei einer bestimmten Überspannung anspricht, aus dem Strombegrenzungs.widerstand 3, der Schaltsich.erun94 und dem zu dieser parallel geschalteten Überbrückungsstromzweig. Letzterer wird durch den Unterbrechungskontakt 6 gebildet, welcher entgegen der Öffnungskraft einer Feder 8 im Normalzustand von der ebenfalls i:m Überbrückungsstromkreis liegenden Haltesicherung 5' in geschlossenem Zustand gehalten wird. Sobald die Haltesicherung 5 abschmilzt, öffnet sich also der Unterbrechungskontakt 6 und hebt die Überbrückung für die Schaltsicherung 4 auf. Letztere wird somit durch die Überspannungsenergie nicht vorbelastet und führt die endgültige Abschaltung aus dem kalten Zustand heraus durch.Fig. 1 of the drawing shows an example of this embodiment of the invention. 16 denotes the direct current line to be protected. Above an isolating switch contact i, the arrester is connected to the line. Of the Arrester itself consists of the pre-spark gap 2, which at a certain Overvoltage responds, from the current limiting resistor 3, the Schaltsich.erun94 and the bridging current branch connected in parallel to this. The latter will formed by the break contact 6, which against the opening force of a Spring 8 in the normal state of the also i: m bypass circuit lying Holding fuse 5 'is held in the closed state. As soon as the retaining lock 5 melts, so the break contact 6 opens and lifts the bridging for the switching fuse 4. The latter is thus caused by the overvoltage energy not preloaded and performs the final shutdown from the cold state by.

Fig. i zeigt im ganzen eine Schutzeinrichtung, welche aus mehreren Übers:pamnungs.ableiterngemäß der Erfindung besteht, von denen jedoch nur der linke in seinen Einzelheiten dargestellt ist. Die Gesamtanordnung dient dazu, daß bei Abschalten eines Ableiters selbsttätig ein weiterer Ableiter eingeschaltet und damit ansprechbar gemacht wird. Die Einzelteile des mittleren und rechten Ableiters sind, soweit überhaupt dargestellt, mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie die entsprechenden Teile des linken Ableiters, nur ist zu diesen Bezugsziffern der Index a bzw. b hinzugefügt.Fig. I shows in its entirety a protective device which consists of several overhead arresters according to the invention, of which, however, only the left one is shown in detail. The overall arrangement serves to ensure that when one arrester is switched off, another arrester is automatically switched on and thus made accessible. The individual parts of the middle and right arrester are provided with the same reference numbers as the corresponding parts of the left arrester, insofar as they are shown at all, except that the index a and b have been added to these reference numbers.

Wenn beim Ansprechen des linken Ableiters der Hilfskontakt 7 geschlossen wird, so wird über ein Relais 9 der Trennschalter i, des mittleren Überspannungsableiters eingelegt, vorausgesetzt, daß der Schalter 15, geschlossen ist. Sobald der Trennschalter i" des mittleren Ableiters eingelegt ist, schließt sich der Kontakt 12a, .der dem Antrieb des Trennschalters i des linken Ableiters einen Öffnungsimpuls zuführt. Dieser Schaltzustand bleibt so lange bestehen, bis durch eine weitere Überspannung auch der mittlere Ableiter anspricht und auf die gleiche Weise der rechte Ableiter betriebsbereit gemacht wird. Der rechte Ableiter würde mit dem Hilfskontakt 7b über das Relais 9b wieder den Trennschalter i des linken Ableiters einlegen. Damit der linke Überspannungsableiter nicht eingeschaltet werden kann, bevor die Sicherungen in ihm wieder ersetzt worden sind, ist in der Steuerleitung zwischen dem Relais 9b des linken Ableiters und dem Antrieb des Trenners i des linken Ableiters ein Schalter 15 vorgesehen. Dieser Schalter 15 kann so angeordnet sein, daß er sich bei Ansprechen des betreffenden überspannungsableiters selbsttätig öffnet. Er kann aber auch als handbetätigter Schalter ausgebildet sein, wobei er dann nur dazu dient, zu verhindern, daß der Trenner i eingelegt wird, wenn an dem betreffenden Überspannungsableiter gearbeitet wird. Die Wiedereinschaltung des Trennschalters kann durch den Druckknopf 14 geschehen.If auxiliary contact 7 is closed when the left arrester responds is, then a relay 9 of the disconnector i, the middle surge arrester inserted, provided that switch 15 is closed. As soon as the circuit breaker i "of the middle arrester is inserted, the contact 12a closes Drive of the disconnector i of the left arrester supplies an opening pulse. This switching state remains in effect until another overvoltage occurs also the middle arrester responds and in the same way the right arrester is made ready for use. The right arrester would connect to auxiliary contact 7b the relay 9b reinsert the isolating switch i of the left arrester. So that the left surge arrester cannot be switched on before the fuses have been replaced in it again is in the control line between the relay 9b of the left arrester and the drive of the disconnector i of the left arrester Switch 15 is provided. This switch 15 can be arranged so that it is opens automatically when the relevant surge arrester responds. He can but can also be designed as a manually operated switch, in which case it only serves to to prevent the isolator i from being inserted when connected to the relevant surge arrester is being worked on. The disconnector can be switched on again using the push button 14 happen.

Eine weitere Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung zeigt Fig. 2. Hier liegt wiederum parallel zu der Schaltsicherung4 ein Unterbrechungskontakt6, der durch die Haltesicherung 5 in geschlossenem Zustand gehalten wird. Die Haltesicherung 5 liegt dabei in Reihenschaltung mit einem Widerstand 2o parallel zu einem Widerstand 3, welcher der Schaltsicherung 4 vorgeschaltet ist. Die beiden Widerstände 3 und 2o sind beide spannungsabhängig, aber nach verschiedenen Kennlinien. Der Widerstand 3 besitzt eine Kennlinie A, wie sie für die Strombegrenzungswiderstände bei Überspannungsableitern für Wechselstrom benutzt wird. Man erkennt aus Fig. 3; daß bei der Nennspannung Urs über den Widerstand 3 nur ein sehr kleiner Strom fließen kann, der jedoch bei wachsender Überspannung sehr rasch zunimmt. Bei Wechselstrom hat dies zur Wirkung, daß nach Verschwinden der Überspannung derAbleiterstrom sehr stark zurückgeht und leicht unterbrochen werden kann. Die Charakteristik B des Widerstandes 2o verläuft so, daß bei höheren Überspannungen nur sehr kleine Ströme fließen können, die aber mit abnehmender Spannung rasch anwachsen.Another embodiment of the surge arrester according to the invention shows Fig. 2. Here again an interruption contact6 is parallel to the switching fuse4, which is held in the closed state by the retaining fuse 5. The retaining device 5 is connected in series with a resistor 2o in parallel with a resistor 3, which is connected upstream of the switching fuse 4. The two resistors 3 and 2o are both voltage-dependent, but according to different characteristics. The resistance 3 has a characteristic curve A, as it is for the current limiting resistors in surge arresters is used for alternating current. It can be seen from Fig. 3; that at the nominal voltage Urs only a very small current through resistor 3 can flow which, however, increases very rapidly with increasing overvoltage. When alternating current has this has the effect that after the overvoltage disappears, the arrester current is very strong goes back and can be easily interrupted. The characteristic B of the resistance 2o runs in such a way that only very small currents can flow at higher overvoltages, but which increase rapidly with decreasing tension.

Spricht nun in dem Überspannungsleiter nach Fig. 2 die Funkenstrecke 2 an, so wird ein Teil des Stromes über den Widerstand 3 und ein anderer über den Widerstand 2o und die Haltesicherung 5 fließen. Die Überspannung ist zunächst hoch, und infolgedessen wird der wesentliche Teil des Stromes entsprechend den Kennlinien der beiden Widerstände 3 und 2o über den erstgenannten Widerstand fließen. Der Abschmelzstreifen der Haltesicherung 5 ist also gering belastet, und diese Haltesicherung spricht erst an, wenn die Überspannung wieder auf einen geringen Betrag zurückgegangen oder verschwunden ist. Erst dann öffnet sich der Unterbrechungs,k.ontakt 6, so daß die Schaltsicherung q. nunmehr belastet wird. Der Ableiter hat also in dieser Form die Eigenschaft, daß während der Überspannung ein erheblicher Strom abgeführt werden kann, der erst dann unterbrochen wird, bis er bei Rückgang der Überspannung klein geworden ist.Now speaks in the surge conductor according to FIG. 2, the spark gap 2, part of the current is passed through resistor 3 and another part is passed through Resistance 2o and retaining fuse 5 flow. The overvoltage is initially high, and as a result, the essential part of the current will correspond to the characteristics of the two resistors 3 and 2o flow through the first-mentioned resistor. The melting strip the retaining fuse 5 is thus lightly loaded, and this retaining fuse speaks only when the overvoltage has decreased to a small amount or disappeared. Only then does the interruption contact 6 open so that the Switching fuse q. is now charged. The arrester has in this form the Property that a considerable current is dissipated during the overvoltage which is only then interrupted until it becomes small when the overvoltage drops has become.

In Fig. q. ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem der Unterbrechungskontakt 6 in dem Parallelstromweg zu der Schaltsicherung 4 nicht durch eine weitere Abschmelzsicherung, sondern durch eine elektromagnetische, von dem Ableiterstrom abhängige Einrichtung in geschlossenem Zustand gehalten wird. In geschlossenem Zustand ist der Kontakt 6 durch eine Sperrklinke 18 verriegelt, die sich über das Glied i9 gegen eine Nockenscheibe 21 stützt. Diese Nockenscheibe 21 wird durch die Feder 23 in der dargestellten Lage gehalten. Sobald jetzt ein Ableiterstrom auftritt, wird durch den an den Meßwiderstand 25 angelegten Elektromagnet 22 die Nockenscheibe 2i so gedreht, daß das Glied i9 und damit die Sperrklinke 18 freigegeben wird. Gleichzeitig hält aber der Elektromagnet 2.4 die Klinke 18 noch in ihrer Lage so lange fest, bis der Ableiterstrom wieder auf einen bestimmten Mindestwert abgesunken ist. Erst dann öffnet sich der Unterbrechungskontakts, und die endgültigeAbschaltung erfolgt durch die Schaltsicherung q. wie vorher beschrieben. Da der Unterbrechungskontakt 6 keine Schaltleistung zu bewältigen hat, kann die ganze Anordnung mit sehr geringen 'Maßen ausgeführt und eine kurze Abschaltzeit erreicht «-erden.In Fig. Q. an embodiment of the invention is shown, in which the interruption contact 6 in the parallel current path to the switching fuse 4 not by another fuse, but by an electromagnetic, of the arrester current dependent device is kept in the closed state. In the closed state, the contact 6 is locked by a pawl 18, which is supported against a cam disk 21 via the link i9. This cam disc 21 is held in the position shown by the spring 23. As soon as now one Arrester current occurs is through the applied to the measuring resistor 25 electromagnet 22 rotated the cam disk 2i so that the link i9 and thus the pawl 18 is released. At the same time, however, the electromagnet 2.4 still holds the pawl 18 fixed in their position until the arrester current falls back to a certain minimum value has sunk. Only then does the break contact open and the final shutdown takes place through the switching fuse q. as previously described. Because the break contact 6 has no switching capacity to cope with, the whole arrangement can with very little "Measurements carried out and a short switch-off time achieved" - earth.

Die Bauart des erfindungsgemäßen Ableiters setzt voraus, daß er nur gelegentlich anspricht, da sich sonst die notwendigeAuswechselung der Sicherungen unangenehm bemerkbar machen würde. Bei Gleichstrom-Hochspannungs-Anlagen ist dies aber gewährleistet. Denn solche Anlagen werden normalerweise als Kabelübertragungen gebaut werden, so daß mit atmosphärischer Überspannung auf der Strecke nicht zu rechnen ist. Lediglich in den Stroniriehterstationen, in denen die- Isolation der Apparate niedriger ist als auf der Strecke, ist ein Überspannungsschutz notwendig. Es können hier Überspannungen durch gelegentliche Störungen in den Stromrichtern durch Überschläge oder Fehlschaltungen entstehen. Dieses wird jedoch nur äußerst selten vorkommen, so daß das gelegentliche Auswechseln einer Ableitersicherung für das Bedienungspersonal der Stromrichterstation keine Belastung darstellt.The design of the arrester according to the invention requires that he only occasionally responds, otherwise the necessary replacement of the fuses would make uncomfortably noticeable. This is the case with direct current high-voltage systems but guaranteed. Because such facilities are usually called cable transmissions be built so that with atmospheric overvoltage on the route not to is to count. Only in the Stroniriehter stations, in which the isolation of the Equipment is lower than on the line, surge protection is necessary. Overvoltages can occur here due to occasional faults in the power converters caused by flashovers or incorrect switching. However, this only becomes extreme seldom occur, so that the occasional replacement of an arrester fuse for the operator of the converter station is not a burden.

Handelt es sich um eine Gleichspannungsanlage mit Freileitungen, so wird man Überspannungsableiter auch auf der Strecke einbauen müssen. Es ist dann vorteilhaft, die Einstellung der Ableiter so zu staffeln, daß die von den Stationen weiter entfernten Ableiter seltener ansprechen als die Stationsableiter. Die Staffelung kann sowohl durch entsprechende Einstellung der Ansprechfunkenstrecke als auch durch Wahl der Ansprechwerte der Haltesicherungen vorgenommen werden. Die von den Stationen weiter entfernten Ableiter wird man so einstellen, daß sie erst bei höheren Überspannungen ansprechen und auch größere Energien abführen, bevor sie abschalten.If it is a DC voltage system with overhead lines, so surge arresters will also have to be installed on the route. It is then advantageous to stagger the settings of the arresters so that those of the stations more distant arresters respond less often than the station arresters. The graduation can both by setting the response spark gap accordingly and by Selection of the response values of the holding fuses can be made. The ones from the stations More distant arresters will be set so that they only work at higher overvoltages address and also dissipate larger energies before they switch off.

Claims

PATENT CLAIM: i. Surge arrester for high voltage Direct current operated power transmission systems, characterized in that in Row with a discharge resp. Spark gap and a current limiting resistor a high-voltage fuse (Switching fuse) is located, which the arrester circuit after dissipation of the overvoltage energy interrupts.

2. Surge arrester according to claim i, characterized in that the switching fuse by a itself only after removal of at least one essential Part of the overvoltage energy opening bypass current branch from the overvoltage energy is relieved.

3. Surge arrester according to claim 2, characterized in that that the opening of the bypass current branch through a second, from the switching fuse independent fuse is effected.

Surge arrester according to claim 3, characterized in that a break contact in the bridging branch by the fuse (holding fuse) against a spring force is kept in the closed state.

5. Surge arrester according to claim 4, characterized in that the bridging current branch is connected in series is formed from holding fuse and break contact.

6. Surge arrester according to claim q., characterized in that a series connection the end the holding fuse and a resistor with falling voltage current characteristic a resistor connected upstream of the switching fuse and decreasing with increasing voltage is connected in parallel.

7. Surge arrester according to claim 2, characterized in that that for the break contact lying in the bridging circuit one of the arrester current dependent, electromagnetically operated locking device is provided, which at Occurrence of an arrester current is unlocked, but this continues for so long Locked position is held until the arrester current falls below a predetermined minimum value has subsided. B.

Protective device for a direct current high-efficiency power transmission system using a plurality of surge arresters according to claim q. or one of the following, characterized in that with the break contact of each arrester an auxiliary contact is coupled, which through an additional arrester when triggered Closing a disconnector upstream of this switches on.

9. Protection device according to claim 8, characterized in that an auxiliary contact is coupled to the isolator of each arrester, @velcher when closing the isolator opens the isolator of that arrester that delivered the switch-on pulse. Cited pamphlets: German Patent Nos. 625 598, 668 129, 677605, 708037.