DK155558B - Fremgangsmaade og mekanisme til afbrydelse af en induktiv belastning i et trefaset hoejspaendingsnet - Google Patents

Description

i

O

DK 155558B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til at afbryde en induktiv belastning i et trefaset højspændingsnet, hvilken fremgangsmåde er af den i krav l's indledning angivne art, samt en afbrydemekanisme til udøvelse af frem-5 gangsmåden og af den i krav 2's indledning angivne art.

Det har vist sig, at ved afbrydelse af en induktiv belastning i et trefaset højspændingsnet, fremkommer der sommetider høje overspændinger på belastningen, der skal afbrydes. Eftersom disse overspændinger kan forår-10 sage betragtelig skade på nettet på grund af sammenbrud i isolationen og lignende, er der blevet udført adskillige undersøgelser for at klarlægge de sandsynlige grunde til disse høje overspændinger. Fra disse undersøgelser er det blevet klart, at disse høje overspændinger kun 15 forekommer, når i den pågældende kreds mindst én af en række betingelser er opfyldt, hvoraf de mest vigtige er følgende: 1. Afbrydelse bør udføres med afbrydere, som har en kort dielektrisk restitutionstid; denne betingelse er 20 opfyldt med vakuumafbrydere.

2. Kravet om en forudbestemt netkonstellation; dette indebærer bl.a. tilstrækkelig kapacitet mellem faselederne både på forsyningssiden og på belastningssiden af afbryderen.

25 3. Afbrydetiden skulle være sådan, at efter ad skillelse af kontaktdelene er den ene afbryderpol tæt ved en nulstrømgennemgang.

Ved afbrydelse af belastningen, når de ovenstående betingelser er opfyldt, vil der i den første fase, 30 der bliver afbrudt ved nulstrømgennemgang, forekomme en overspænding, som kan resultere i genantændelser i denne fase. Under de herskende omstændigheder vil strømmen, der fremkommer fra disse genantændelser og som har meget høje frekvenser, blive helt eller delvis overlejret net-35 strømmen i begge de andre faser, der - skønt afbrydelsen har fundet sted - stadig er strømførende. Når resultan-

DK 155558B

2

O

ten af den overlejrede strøm og netstrømmen i disse faser bliver omkring nul, vil begge de andre faser også blive afbrudt. Eftersom i genantændelsesøjeblikket netstrømmen i den første fase, som er årsag til genantændelserne, 5 imidlertid er tæt ved en nulpunktspassage, er øjebliks-værdien af strømmen i de to andre faser relativt stor, hvilket så resulterer i den såkaldte højstrømsophakning.

I litteraturen kaldes denne ophakning af relativ høj strøm almindeligvis "virtual chopping". I lyset af det faktum, 10 at under denne "virtual chopping" er værdien af di/dt stor, kan meget store overspændinger forekomme i installationer ved "virtual chopping".

I en publikation af M. Murano m.fl·., "Three-phase simultaneous interruption in interrupting inductive cur-15 rent using vacuum switches", I.E.E.E. Transactions on Power Apparatus Systems, Jan./Feb. 1974, side 272-280, angående fænomenet "virtual chopping", er det blevet foreslået at indsætte en modstand i serie med en kapacitet parallelt over belastningen mellem faserne og jord. Det-20 te indebærer imidlertid den ulempe, at modstands- og ka-pacite-tsværdier skal tilpasses den kreds og den belastning, der skal afbrydes, og denne løsning er tilmed dyr, når der er tale om høje strømme.

En anden metode, der refereres til i ovennævnte 25 publikation, gør brug af en ikke-lineær modstand, hvis høje pris ligeledes udgør en ulempe.

En yderligere metode bruger stødbølgeundertrykkere for at begrænse de uheldige følger af "virtual chopping". Denne metode indebærer imidlertid ulempen af re-30 lativt store omkostninger, udover det forhold, at stødbølgeunder trykkerne skal placeres så tæt ved belastningen som muligt.

De ovennævnte metoder har tilmed det til fælles, at de kun fungerer for de netværksforhold, de er blevet 35 konstrueret for. Hvis der ændres på disse betingelser, er det derfor nødvendigt at tilpasse metoden til ændrin-

O

DK 155558 B

3 gen. Ydermere har de ovennævnte metoder det til fælles, at de ikke har været rettet mod det at forebygge "virtual chopping", men kun at beskytte imod resultaterne heraf.

Eftersom de tre separate afbrydere i et trefaset 5 net i praksis arbejder på en sådan måde, at en af de tre afbrydere afbryder først, må den derfor afbryde en højere effekt end de to øvrige afbrydere, som derefter gøres virksomme og afbryder de tilhørende kredse. Af denne grund har alle tre afbrydere måttet udføres på en sådan måde, at 10 hver enkelt afbryder er i stand til at afbryde den høje effekt, hvilket betyder at efter at en afbryder har afbrudt, vil de to øvrige afbrydere afbryde ved et effektniveau, som ligger langt under afbrydernes kapacitet eller afbrydeevne. De problemer, som opstår i denne forbin-15 delse, er omhandlet i US-patentskrift nr. 2.882.372, hvor betjenings- eller påvirkningsorganerne er indrettet på en sådan måde, at en bestemt afbryder altid afbryder først, således at det kun er nødvendigt at denne afbryder udformes med henblik på den høje effekt, den skal afbryde. End-20 videre er den ekstra effektafbrydeevne opnået ved at den af de tre faser, som skal afbrydes først, har to serieforbundne afbrydere. Desuden antages det at tiden mellem afbrydelse af det ene sæt afbrydere og det andet sæt afbrydere er to til tre perioder, og det er foreslået, at 25 det ene sæt afbrydere skal afbryde, når strømmen i den første fase er fuldstændig ophørt. Dette og de to, tre perioder fører til en varighed, som er meget længere end den 1/3 periode ved den foreliggende opfindelse. Dette vil også føre til at "virtual chopping" undgås, men ikke til-30 sigtet som i den foreliggende opfindelse ved hjælp af den meget nøjagtigt valgte tid. Endvidere angår US-patentskrift nr. 2.882.372 gasafbrydere og forholdene fra sådanne afbrydere kan ikke overføres til vakuumafbrydere.

US-patentskrift nr. 3.753.044 angår en styrekreds 35 til afbrydelse af en enfaset eller flerfaset elektrisk strømtilførsel ved hjælp af tyristorer. Heller ikke her

DK 155558B

4

O

er der tale om vakuumafbrydere og heller ikke her undgås "virtual chopping". Tænding ved hjælp af afbryderen for den første af de tre tyristorer i en af faserne vil star-! te tænding af en påfølgende tyristor i en anden fase gen- 5 nem en transformator. Det er klart, at denne påfølgende tænding skal finde sted 1/3 af en periode senere end den foregående tænding, fordi den sædvanlige faseforskel i et trefaset net er 1/3 af en periode. Dette har imidlertid heller ingen forbindelse med "virtual chopping" og patent-10 skriftet giver ingen anvisninger på løsning af de problemer, som den foreliggende opfindelse omhandler.

En bedre metode vil derfor være en fuldstændig forebyggelse af "virtual chopping". Dette kan opnås ved at man sørger for ikke at opfylde en af de tre ovennævnte 15 betingelser under hvilke "virtual chopping" kan forekomme.

Hvis man ønsker at nyde godt af de specielle fordele, som en vakuumafbryder kan byde på, står det endnu tilbage at opfylde den første betingelse. For at elimine-20 re den anden betingelse skal de ledere, der både er forbundet med forsyningssiden og med belastningssiden af afbryderen, være fuldstændigt afskærmet over for hinanden.

I praksis forekommer dette imidlertid at være en dyr og vanskelig opgave.

25 Endelig kan den tredie betingelse modvirkes ved at synkronisere afbrydetiden i forhold til nulstrømgen-nemgang på en sådan måde, at adskillelsen af kontaktdelene ikke sker for tæt på nulstrømgennemgangen. En sådan foranstaltning kræver imidlertid anvendelse af dyrt 30 og kompliceret udstyr. På baggrund heraf er det opfindelsens formål at anvise en fremgangsmåde, hvorved "virtual chopping" kan forhindres på en simpel og dermed billig måde, uanset netforhoIdene. Det angivne formål opnås med en fremgangsmåde af den indledningsvis omhandlede art, 35 som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger.

DK 155558B

5

O

Denne afbrydefremgangsmåde sikrer, at "virtual chopping" under ingen omstændigheder er mulig.

Opfindelsen angår desuden en afbrydemekanisme til udøvelse af fremgangsmåden, hvilken afbrydemekanisme 5 udmærker sig ved den i krav 2's kendetegnende del angivne udformning.

Opfindelsen skal nu forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et forenklet koblingsdiagram til at 10 illustrere afbrydemetoden ifølge opfindelsen, fig. 2 repræsenterer et oscillogram af den situation, hvori strømmen, efter at en afbrydestrækning er blevet åbnet, afbrydes i de tilhørende faser ved næste nulstrømgennemgang, og 15 fig. 3 repræsenterer et oscillogram af den situa tion, hvor efter åbningen af en afbrydestrækning eller pol strømmen i den pågældende fase ikke afbrydes ved næste nulstrømgennemgang.

I fig. 1 er afbryder og belastning betegnet med 20 henvisningsbogstaverne K hhv. L, faserne med R, S og T

og de til faserne hørende afbrydestrækninger med tallene 1, 2 hhv. 3.

Det antages nu, at afbrydestrækningen 1 for fase R åbner tidligere end afbrydestrækningerne 2 og 3 for 25 faserne S og T, det vil altså sige med et interval Ύ^ι der er lig med eller større end 1/3 af en periode af netfrekvensen forøget med afbryderens mindste lysbuetid ved den strøm, der kunne medføre "virtual chopping".

Fig. 2 viser et grænsetilfælde, i hvilket "vir-30 tual chopping" kunne forekomme, det vil sige den situation, hvori afbrydetidspunktet t^, der svarer til åbningen af strækningen 1, er blevet valgt således, at mellem tidspunktet t^ og den næste nulstrømgennemgang ved tidspunktet t2 ved fasen R er der et interval T^, der er 35 lig afbryderens mindste lysbuetid.

DK 155558B

6

O

Afbrydestrækningerne 2 og 3 for faserne S og T bliver åbnet ved tidspunktet tog intervallet T2 bestemmes som tidsrummet mellem tidspunkterne t^ og t^.

Nu er to situationer mulige, nemlig følgende: 5 a) Situationen repræsenteret ved fig. 2, hvori strømmen i fase R bliver afbrudt ved første nulstrømgennemgang efter åbning af afbrydestrækningen 1, dvs. ved tidspunktet t2· b) Situationen repræsenteret ved fig. 3, hvori strømmen i fase R ikke bliver afbrudt ved første nulstrømpassage ef-10 ter åbning af afbrydestrækningen 1.

I situation a) kan ingen "virtual chopping" forekomme, fordi ved tidspunktet t^ er de øvrige strækninger 2 og 3 for faserne S hhv. T stadig lukket, hvilket så medfører, at én af betingelserne for "virtual chopping", dvs.

15 samtidig trefase-afbrydelse, ikke opfyldes. Ved åbning af afbrydestrækningerne 2 og 3 ved tidspunktet t^ vil strømmen i disse faser blive afbrudt samtidigt på kendt måde, det vil sige ved tidspunktet t^. Når åbningstidspunktet t^ for afbrydestrækningen 1 derfor bliver flyttet frem til 20 et tidligere tidspunkt, altså hvis tidsintervallet mellem t^ og t2 strækker sig forbi intervallet T^, vil strømmen i fase R med sikkerhed blive afbrudt ved tidspunktet t2, fordi lysbuetiden for afbrydestrækningen 1 er længere end dennes mindste lysbuetid T^, så at også i disse situa-25 tioner forekommer "virtual chopping" at være umulig.

Hvis strømmen i fase R imidlertid som vist for situation b) ikke bliver afbrudt ved tidspunktet t2, vil denne strøm først blive afbrudt ved den næste nulstrøm-gennemgang, dvs. ved tidspunktet t^, som vist i fig. 3.

30 De øvrige afbrydestrækninger 2 og 3 vil så blive åbnet ved tidspunktet t^, der er valgt sådan, at åbningen af strækningen 2, hvortil svarer fase S, netop sker ved en nulstrømgennemgang. Som følge heraf vil faserne S og T på kendt måde først blive afbrudt effektivt ved tidspunk-35 tet t^. Hvis afbrydelsen i fase R finder sted til et tidspunkt t^ som beskrevet ovenfor, vil der ikke være

DK 155558B

7

O

nogen "virtual chopping", fordi på det tidspunkt er åbningen mellem kontaktdelene i strækningen 1 blevet tilstrækkelig stor til at forhindre genantændelse. Når nu åbningstidspunktet t^ for strækningen 1 bliver forsinket, altså 5 når tidsintervallet mellem t^ og t^ bliver mindre, vil afbrydestrækningen 1 altid blive åbnet på tidspunktet t^, indtil dette interval bliver så kort, at det forløb, der repræsenteres ved situation a), forekommer igen. Det er indlysende, at i situation a) efter at tidspunkt t^ er 10 valgt tidligere, vil situation a) omdanne sig til situation b). Når situationerne a) og b) afgrænser det område, der bidrager til "virtual chopping", er det blevet demonstreret ovenfor, at afbrydefremgangsmåden ifølge opfindelsen eliminerer fænomenet "virtual chopping".

15 Sammenfattende kan det bemærkes, at i alle de ovennævnte situationer vil strømmen i den afbrydestrækning, der åbnes først, også blive afbrudt først på et tidspunkt, hvor enten begge de øvrige strækninger stadig er ledende, eller den strækning, der er blevet åbnet først, 20 allerede er åbnet så vidt, at "virtual chopping" ikke er mulig mere. De ovenfor beskrevne situationer gælder selvfølgelig også, når en af de to øvrige afbrydestrækninger bliver åbnet først, idet den resulterende virkning af afbrydefremgangsmåden også er uafhængig af faserækkeføl-25 gen i det trefasede net.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen udgår således en afbrydemetode, som kan bruges under forskellige situationer, uden at "virtual chopping" forekommer, og uden at der kræves andre foranstaltninger end et enkelt organ, 30 som styrer afbrydemekanismen på en sådan måde, at den anden og tredie afbrydestrækning afbrydes mindst 1/3 af en periode efter den første afbrydestrækning plus den mindste lysbuetid i den første afbrydestrækning. I praksis kan denne afbrydemetode realiseres ved at modificere afbryde-35 mekanismen i afbryderen på en sådan måde, at efter afbrydelse åbner den ene kontakts trækn ing tidligere med det

O

DK 155558B

8 ovenfor indikerede interval end de to andre strækninger.

Det er selvindlysende, at kontaktslutningen kan foregå på den normale samtidige måde hvor alle tre strækninger lukkes samtidigt. En mekanisme, der er velegnet til udøvelse 5 af afbrydefremgangsmåden ifølge opfindelsen, er beskrevet i hollandsk patentansøgning nr. 76.06848. Mekanismen behøver kun at ændres på en sådan måde, at knastskiven, der kontrollerer kontaktslutning og -afbrydelse, påvirker to afbrydestrækninger samtidigt, hvorimod den tredie 10 strækning bliver påvirket separat af en separat eller en forskudt knastskive. Denne separate knastskive må have en sådan konfiguration, at den tilhørende afbrydestrækning bliver afbrudt ved hjælp af denne på det ønskede tidspunkt før afbrydelsen af de to andre strækninger. Kon-15 taktslutningen kan være uforandret.

20 25 1 35

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til afbrydelse af en induktiv belastning i et trefaset højspændingsnet ved hjælp af en afbryder/ der har en kort dielektrisk restitutionstid og tre 5 afbrydestrækninger, kendetegnet ved, at afbry delse af den anden og tredie afbrydestrækning finder sted mindst 1/3 af en periode af nettets frekvens senere end afbrydelsen af den første afbrydestrækning plus den mindste lysbuetid i den første afbrydestrækning, for derved at 10 forhindre "virtual chopping".

2. Afbrydemekanisme til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 ved afbrydelse af en induktiv belastning i et trefaset højspændingsnet, hvilken afbrydemekanisme er udstyret med afbrydestrækninger med en kort dielektrisk 15 restitutionstid i hver af de tre faser, kendetegnet ved organer til styring af afbrydemekanismen på en sådan måde, at den anden og tredie afbrydestrækning afbrydes mindst 1/3 af en periode af nettets frekvens senere end den første afbrydestrækning afbrydes plus den mindste 20 lysbuetid i den første afbrydestrækning, for derved at forhindre "virtual chopping". 25 1 35