DE974651C

DE974651C - Arrangement for short-circuit current limitation

Info

Publication number: DE974651C
Application number: DES36349D
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr-Ing Kesselring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-06-19
Filing date: 1941-06-19
Publication date: 1961-03-16
Also published as: CH232223A

Description

In elektrischen Anlagen verwendet man Drosselspulen meist in Form von eisenlosen Induktivitäten zur Begrenzung des Kurzschluß Stromes. Diese verringern nicht nur den Dauerkurzschlußstrom, sondern auch den Stoßkurzschlußstrom. Sie sind aber verhältnismäßig groß und lassen sich im allgemeinen nur schwer im Zuge der Leitungen unterbringen; außerdem ergeben sie einen hohen dauernden induktiven Spannungsabfall, z. B. von 5 bis io^fl/o, der die Spannungshaltung in der Anlage erschwert. Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man versucht, die Drossel im normalen Betrieb durch einen Schalter zu überbrücken, der erst geöffnet wird, wenn ein Kurzschluß aufgetreten ist. Man kann dann die Drossel etwas kleiner bemessen und vermeidet auch den Spannungsabfall im ungestörten Betrieb. Eine solche Anordnung beeinflußt aber nicht mehr den Stoßkurzschlußstrom, weil sie erst nach dem Auftreten der Stromspitze wirksam wird. Nach der Erfindung wird parallel zu der Drosselspule ein in Bruchteilen einer Halbwelle schaltender Widerstandsschalter gelegt, der mit dem Einsetzen des Kurzschlusses, und zwar längst bevor der Kurzschlußstrom den Spitzenwert erreicht hat, seinen Widerstand einzuschalten beginnt. Dies bietet folgende Vorteile: Der Strom fließt im stationären Zustand über den kurzgeschlossenen Widerstand; die Drossel ist im ungestörten Betrieb nicht beansprucht. Sie kann daher in ihren Abmessungen klein gehalten werden, und es wird der induktiveIn electrical systems, inductors are mostly used in the form of ironless inductors to limit the short-circuit current. These not only reduce the sustained short-circuit current, but also the surge short-circuit current. But they are relatively large and are generally difficult to accommodate in the course of the lines; they also result in a high permanent inductive voltage drop, e.g. B. from 5 to io ^fl / o, which makes it difficult to maintain the voltage in the system. In order to avoid these disadvantages, attempts have been made to bypass the throttle during normal operation by means of a switch which is only opened when a short circuit has occurred. The throttle can then be made a little smaller and also avoids the voltage drop in undisturbed operation. However, such an arrangement no longer affects the surge short-circuit current because it only becomes effective after the occurrence of the current peak. According to the invention, a resistance switch switching in fractions of a half-wave is placed in parallel with the choke coil and begins to switch on its resistance when the short circuit begins, long before the short circuit current has reached the peak value. This offers the following advantages: In the steady state, the current flows through the short-circuited resistor; the throttle is not stressed in normal operation. It can therefore be kept small in size, and it becomes the inductive one

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Spannungsabfall in diesem Betriebszustand vermieden. Voltage drop avoided in this operating state.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. ι vereinfacht im Schaltbild dargestellt. Im Zuge der Leitung ι liegt eine Drosselspule 2, zu der ein aus einem Widerstandskörper 3 und einem beweglichen Stromabnehmer 4 bestehender Widerstandsschalter parallel liegt. Der Stromabnehmer 4 hat in diesem Beispiel die Form eines Wälzkörpers, der mit großer Geschwindigkeit über den Widerstandskörper hinwegbewegt wird. Er kann aber auch durch eine auf dem Widerstandskörper gleitende Bürste oder durch einen zweiten Widerstandskörper von ähnlicher Form wie der des Körpers 4 ersetzt werden.An embodiment of the invention is shown in Fig. Ι simplified in the circuit diagram. in the In the course of the line ι is a choke coil 2 to which a resistance switch consisting of a resistance body 3 and a movable current collector 4 is parallel. The current collector 4 in this example has the shape of a rolling element, which is moved at great speed over the resistance body. But he can also by a brush sliding on the resistance body or by a second resistance body of a shape similar to that of the body 4 can be replaced.

Nun besteht aber die Schwierigkeit, daß der Strom im Kurzschlußfall nur dann genügend rasch von dem Widerstand in die Drossel hinübergedrängt und diese dadurch wirksam wird, wenn die Zeitkonstante L/R des aus der Drossel von der Induktivität L und dem jeweils eingeschalteten Widerstandsteil vom ohmschen Widerstand R bestehenden Systems gegenüber der Halbwellendauer des zu schaltenden Stromes klein ist. Bei 50-Perioden-Wechselstrom muß diese Zeitkonstante beispielsweise in der Größenordnung von etwa einer Millisekunde liegen. Legt man einfach den Widerstandsschalter zur ganzen Drossel parallel, so ist am Beginn der Widerstandseinschaltung nur ein kleiner Widerstand mit der ganzen Drosselinduktivität verbunden. Ist die Drosselinduktivität nicht im Gesamtbeträge sehr klein, so kann die Zeitkonstante des Systems zu groß werden, und der Hauptanteil des Stromes würde bis nach dem Vorübergehen der Kurzschlußstromspitze hauptsächlich durch den Widerstand fließen. Um dies zu vermeiden, wird die Induktivität der Drosselspule veränderlich gemacht und zugleich mit dem Ohmwert des Parallelwiderstandes verändert.Now there is the problem that in the event of a short circuit, the current is only pushed sufficiently quickly from the resistor into the choke and this becomes effective when the time constant L / R of the choke from the inductance L and the respective switched-on resistance part of the ohmic resistor R existing system is small compared to the half-wave duration of the current to be switched. In the case of 50-period alternating current, this time constant must, for example, be in the order of magnitude of approximately one millisecond. If you simply put the resistance switch parallel to the whole choke, only a small resistance is connected to the whole choke inductance at the beginning of the resistor switch-on. If the total amount of the choke inductance is not very small, the time constant of the system can become too large and the main part of the current would mainly flow through the resistor until after the short-circuit current peak has passed. To avoid this, the inductance of the choke coil is made variable and at the same time changed with the ohmic value of the parallel resistance.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Wicklung der Drosselspule 2 abschnittsweise mit entsprechenden Teilen des veränderlichen Widerstandes 3 parallel geschaltet. Hierzu sind beide angezapft und durch Querverbindungen 5 an den Anzapfsteilen verbunden. Die Zeitkonstante des aus Drossel und Parallelwiderstand bestehenden Systems setzt sich daher am Beginn des Einschaltvorganges nur aus einem geringen Teil der Induktivität und den zunächst wirksamen Bruchteilen des Widerstandes zusammen. Da die Induktivität quadratisch mit der jeweils wirksamen Windungszahl der Drossel zunimmt, ist zweckmäßig der Widerstand durch geeignete Verteilung seines spezifischen Wertes und der Anzapfungen gleichfalls nach einem quadratischen Gesetz abzustufen. Hierdurch ist es möglich, die Zeitkonstante des Systems während des ganzen Einschaltvorganges annähernd unverändert zu halten. Der spezifische Widerstand des Körpers 3 nimmt periodisch, jeweils an den Anzapfstellen beginnend, stetig ab.In the embodiment according to FIG. 2, the winding of the choke coil 2 is in sections with corresponding parts of the variable resistor 3 connected in parallel. Both are tapped for this purpose and connected by cross connections 5 on the tapping parts. The time constant of the The existing system with a choke and parallel resistance is therefore set at the beginning of the switch-on process only from a small part of the inductance and the initially effective fractions of the Resistance together. Because the inductance is the square of the effective number of turns the throttle increases, the resistance is expedient by suitable distribution of his the specific value and the taps according to a quadratic law. This makes it possible to keep the time constant of the system during the entire switch-on process to keep almost unchanged. The resistivity of the body 3 increases periodically, each time starting at the taps, steadily decreasing.

Macht man den induktiven Widerstand der Drosselinduktivität etwa viermal größer als die Netzreaktanz, so läßt sich der Stoßkurzschlußstrom auf etwa ein Fünftel und damit seine Wärme- und Kraftwirkung auf etwa ein Fünfundzwanzigstel verringern, ohne daß die Nachteile einer dauernd in die Anlage eingeschalteten hohen Induktivität in Kauf genommen werden müssen.If you make the inductive resistance of the choke inductance about four times greater than that Network reactance, the surge short-circuit current can be reduced to about a fifth and thus its Reduce heat and power effects to about a twenty-fifth without the disadvantages a high inductance that is permanently switched on in the system must be accepted.

In gewissen Fällen ist es von Wert, den Kurzschlußstrom schon nach Ablauf der ersten Halbwelle endgültig zu unterbrechen. Hierzu wird zu der aus Drossel und Widerstandsschalter bestehenden Parallelschaltung noch ein zweiter Schalter, der ebenfalls durch einen veränderlichen Widerstand gebildet sein kann, in Reihe gelegt und dessen Auslösung herbeigeführt, kurz bevor der Gesamtstrom durch Null geht. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß die Anlage selbst bei einem Kurzschluß kaum mehr beansprucht wird und daher in allen Teilen sparsamer bemessen werden kann.In certain cases it is of value to control the short-circuit current after the first half-wave has elapsed to interrupt for good. For this purpose it becomes the one consisting of a choke and a resistance switch A second switch connected in parallel, also through a variable resistor can be formed, placed in series and its triggering brought about just before the total current goes through zero. Such an arrangement has the advantage that the system itself at a short circuit is hardly stressed any more and are therefore measured more sparingly in all parts can.

Wird der veränderliche Reihenwiderstand ebenfalls so ausgeführt, daß er sich in Bruchteilen einer Halbwelle einschaltet, so kann die Drossel, die dann nur wenig länger als eine Halbwellendauer überhaupt unter Strom steht und etwa nur noch ein Fünftel des Gesamtkurzschlußstromes führt, besonders klein bemessen werden. Hierbei ist es möglich, außergewöhnlich hohe Stromdichten anzuwenden, die beispielsweise in Kupfer bis zu 1000 A/mm² (bei anderem Leitungsmaterial sinngemäß umgerechnete Werte) betragen können.If the variable series resistor is also designed in such a way that it switches on in fractions of a half-wave, the choke, which is then only energized for a little longer than a half-wave duration and only carries about a fifth of the total short-circuit current, can be made particularly small. Here it is possible to use exceptionally high current densities, which can be up to 1000 A / mm ² in copper, for example (values converted accordingly for other line material).

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for short-circuit current limitation with a choke coil, characterized in that that the choke coil with a resistance switch that switches in fractions of a half-wave is connected in parallel, which increases its resistance at the onset of the short circuit 1 °° starts to switch on before the surge short-circuit current has reached its peak value.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the inductance of the choke coil at the same time as the ohmic value of the parallel resistance is changed.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the winding of the choke coil in sections with corresponding parts of the variable resistance parallel to n ° is switched.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the resistance sections are dimensioned in such a way that the resistance follows the same law as the inductance of the inductor part connected in parallel changes.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that to the parallel connection A second switch of the choke coil and resistance switch, which is also a variable switch May contain resistance, connected in series, which is just before the zero crossing of the total current is triggered.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the one with the throttle

coil and the switch in series with the parallel resistor its resistance in fractions a half-wave turns on.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the choke coil is dimensioned such that a current density in the order of magnitude of 100 A / mm ² occurs in its winding.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the specific resistance of the resistance body connected in sections to the inductor by taps, in each case to the Starting taps, steadily decreasing.

Considered publications:
German Patent Nos. 419 072, 450 780, 727, 621 967;

"Revue Generale de l'Electricite", Vol. 25, 1929,

Pp. 213 to 224 and vol. 32, 1932, pp. 671 to 677.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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