EP0980086A1 - Device for protecting a switchgear assembly against thermal overloading - Google Patents

Device for protecting a switchgear assembly against thermal overloading Download PDF

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EP0980086A1
EP0980086A1 EP99112165A EP99112165A EP0980086A1 EP 0980086 A1 EP0980086 A1 EP 0980086A1 EP 99112165 A EP99112165 A EP 99112165A EP 99112165 A EP99112165 A EP 99112165A EP 0980086 A1 EP0980086 A1 EP 0980086A1
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EP
European Patent Office
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fuse
transformer
chamber
protective device
voltage
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EP99112165A
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German (de)
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Herbert Dr.-Ing. Bassei
Thomas Klemme
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EFEN Elektrotechnische Fabrik GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/46—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/122—Automatic release mechanisms with or without manual release actuated by blowing of a fuse

Definitions

  • the invention relates to a protective device against the thermal overload of the Fuse chamber of a switchgear with a downstream transformer, for example to supply a low voltage field, one in the fuse chamber High-voltage high-performance fuse with a tripping device for switching a Transformer switch with free trip is arranged.
  • HV fuse The basic task of a high-voltage high-performance fuse, in the following HV fuse called, consists in a short-circuit current in the transformer Bring fuse element to melt, so that the transformer against the most dangerous Consequences of an internal short circuit is protected, for example against the explosion an oil-filled kettle with fire sequence and the like.
  • fuses with a stroke detector have been developed so that even in the event of overcurrents, without causing a short circuit in the transformer, by triggering the To open a transformer switch.
  • the transformer switch can only switch relatively small currents, for example up to 400 A, while the HV HRC fuse is actually designed for large currents up to 50,000 A, for example. This large currents are not controlled by the transformer switch, so that Sectional fuses the transformer switch for the smaller currents and the Use a fuse for the short-circuit currents.
  • Such HV fuses with blow detectors are but has various disadvantages. For example, they can be relatively small Bronze not turn off or not shut off quickly enough, so that overheating and Thermal overload of the fuse box of a switchgear is not always reliable can be avoided.
  • the nominal current of a fuse is often chosen so that it corresponds to twice or three times the nominal transformer current. Such large current values must not flow through the transformer permanently. In practice, the network management often prevents the transformer from carrying significant overcurrents, for example so that it does not become excessively hot. Such a high and impermissible current value is below the fuse's nominal current value. The latter is therefore not achieved in practice, so that a protective device cannot be effective for this range of current values.
  • the current range between the nominal fuse current and the minimum breaking current I min in known fuses is of no interest to the invention.
  • the fuse resistance R of a fuse may increase due to special operating conditions. This can endanger the fuse, even with normal transformer operating currents, for example if individual partial fusible conductors are destroyed from the main fuse element, which is made up of several partial conductors, fused conductor elements running in parallel. If individual fuse elements are successively destroyed, the heat output P a of the fuse, ie the power loss of the fuse, can reach a critical value at very low currents, which is greater than the power consumption of the fuse chamber. As a result, the fuse chamber is thermally overloaded.
  • the HV fuse with the release device is designed such that the latter opens the transformer switch at the latest when its permissible power consumption value of the fuse chamber is exceeded via its release voltage U a .
  • These measures enable the transformer switch to be opened independently of the operating current, even with a low operating current, ie in extreme cases even below the nominal transformer current value. It is always triggered before and at the latest when the predetermined permissible power consumption value of the fuse chamber is exceeded.
  • the triggering according to the invention also takes place, for example, at values far below the fuse rated current I rated . Given the considerable heat output from very small currents below the nominal fuse current value, which can arise if individual fuse elements of the fuse are defective, the fuse chamber must be destroyed, and the new protective device according to the invention prevents thermal overloading of the fuse chamber.
  • the power output value of the fuse link is set to an allowable, maximum value set below the power consumption value of the fuse chamber and must not be crossed, be exceeded, be passed. If, for example, the inside of a current-carrying fuse element If the power output is too great, the fuse chamber heats up and can be thermally overloaded if the permissible power consumption value is exceeded.
  • the trigger voltage at the latest Exceeding a permissible power output value of the fuse is reached.
  • the maximum power output value is reached when the power consumption of the Security chamber is exceeded. As long as the power output of the fuse maximum power consumption of the fuse chamber does not exist for the switchgear no danger.
  • the maximum power consumption is determined by the specified manufacturer of the switchgear.
  • the measure according to the invention allows easier measurement.
  • the power or heat output P a of the fuse must not exceed the permissible power consumption value of the fuse chamber.
  • the tripping voltage U a of the system with the protective device according to the invention is dimensioned such that the product of the tripping voltage U a and the operating current I b does not exceed the value of, for example, 75 W with increasing melting resistance R.
  • the protective device according to the invention not only monitors the power output of the fuse, but also triggers the transformer switch before the permissible power output value or at the latest when this value or the power consumption value of the fuse chamber is exceeded. In contrast to a known solution, the protection works independently of the nominal fuse current and only depending on the power output of the fuse.
  • the protective device can thus be designed for the usual permissible power consumption values of fuse boxes in SF 6 -insulated switchgear.
  • the invention is also expediently designed such that the HV fuse is arranged in a cast resin housing within an SF 6 chamber as a fuse chamber.
  • the insulating sulfur hexafluoride gas has excellent insulating properties, can reduce the spacing of the components and thus also make an enclosed switchgear very compact.
  • the fuses are used in narrow chambers, which on the one hand severely restrict the heat dissipation from the fuse and on the other hand only have a limited heat absorption capacity. If the protective device according to the invention is correctly assigned to the transformers, there is no risk of thermal overload for the fuse chambers as long as the fuses are in order. In the event of their damage or partial destruction, the power output value of the fuse is reached or exceeded under special circumstances, and then the tripping device opens the transformer switch.
  • the triggering device is designed as a striker device.
  • the above formula of the product of tripping voltage U a and operating current I b applies in the same way.
  • the protective device according to the invention works particularly cheaply, if after a another advantageous embodiment, the HV fuse at least one main fuse and at least has an auxiliary fuse element. You can then go to the Recall suggestions for striking pin devices that have already been given in the literature, that respond to the melting down of an auxiliary fuse element, for example.
  • the melting device according to the invention is the possibility of monitoring the heat output of the fuse, for example, freedom from aging and the functionality regardless of the installation position of the fuse.
  • the new protective device is also based on Ohm's law.
  • the new device according to the invention is used in a switchgear with encapsulated compartments, for example in a transformer house with a medium-voltage switchgear, then the feared damage in the destruction of SF 6 switchgear can be prevented with advantage. In this way, switchgear can also be set in populated areas and operated there safely. Because the protective device according to the invention works perfectly even at low trigger voltages for the firing pin system, good and safe protection can still be provided up to large operating currents.
  • FIG. 1 shows the fuse chamber 1 schematically by a dash-dotted line.
  • This is specifically an SF 6 -insulated switchgear.
  • the entire switchgear 23 is divided into a lower cable section 2, an upper cable section 3 and the transformer section 4 located in the middle.
  • the upper cable switch 6 of the cable section 3 leads from a busbar 5 which passes through all three sections 2, 3, 4 to a ring cable outlet 7, while the cable switch 8 in the lower cable panel 2 leads to the ring cable outlet 9.
  • the cable or transformer switch 10 arranged in the center of the transformer field 4 also creates an outlet from the busbar 5 when it is closed, but via the high-voltage high-power fuse designated by 11. This is connected to the transformer outlet 14 towards the transformer 15.
  • the transformer 15 is together with the transformer outlet 14 and HV fuse 11 in Figure 2 enlarged and clearly drawn out.
  • the one connected to the HV fuse 11 dashed line 16 illustrates the striker device on the HV fuse Transformer switch 10 is shown with free trip.
  • the protective device shown in the drawings also protects the fuse chamber 1 against thermal overload if one or the other (or more) of the partial fuse elements of the main fuse element 21 have melted and the resistance of the HV fuse block 11 thereby undesirably increased. If, for example, a 20 kV-40A fuse has three partial fuse elements, two of which are defective, the power output of the fuse P a exceeds the predetermined threshold value of 75 W, with the result that the striker pin 16 triggers and the transformer switch with free release 10 opens. Even at a current which is below the nominal current of the fuse, tripping can take place and the thermal overload of the fuse chamber 1 can be avoided in this way.

Abstract

The protective or safety mechanism protects against thermal overload of the fuse chamber (1) of a switch system with a downstream transformer (15). A high voltage, high power fuse (11) is arranged in the fuse chamber, with a trigger (16-18) for switching a transformer switch (10). The high voltage fuse (11) is provided with a trigger such that at the latest when a permissible power consumption value of the fuse chamber is exceeded, it opens the transformer switch (10) by means of its release voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gegen die thermische Überlastung der Sicherungskammer einer Schaltanlage mit nachgeschaltetem Transformator, beispielsweise zur Versorgung eines Niederspannungsfeldes, wobei in der Sicherungskammer eine Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung mit einer Auslöseeinrichtung zum Schalten eines Transformatorschalters mit Freiauslösung angeordnet ist.The invention relates to a protective device against the thermal overload of the Fuse chamber of a switchgear with a downstream transformer, for example to supply a low voltage field, one in the fuse chamber High-voltage high-performance fuse with a tripping device for switching a Transformer switch with free trip is arranged.

Die prinzipielle Aufgabe einer Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung, im folgenden HH-Sicherung genannt, besteht darin, bei einem Kurzschlußstrom im Transformator den Schmelzleiter zum Schmelzen zu bringen, damit der Transformator gegen die höchstgefährlichen Folgen eines inneren Kurzschlusses geschützt ist, zum Beispiel gegen die Explosion eines mit Öl gefüllten Kessels mit Brandfolge und dergleichen. Transformatorstationen mit einem Mittelspannungsabteil, einem Transformator- und einem Niederspannungsabteil stehen zum Beispiel bei der Versorgung von Siedlungsanlagen in bewohnten Gebieten und müssen daher dringend und optimal geschützt werden.The basic task of a high-voltage high-performance fuse, in the following HV fuse called, consists in a short-circuit current in the transformer Bring fuse element to melt, so that the transformer against the most dangerous Consequences of an internal short circuit is protected, for example against the explosion an oil-filled kettle with fire sequence and the like. Transformer stations with a medium-voltage compartment, a transformer and a low-voltage compartment for example in the supply of settlement facilities in inhabited areas and must therefore urgently and optimally protected.

Eine andere Gefahrenquelle ist aber die Überhitzung der Sicherung mit Folgeschäden, und es wurden dafür Sicherungen mit einem Schlagmelder entwickelt, um auch bei Überströmen, ohne daß in dem Transformator ein Kurzschluß schon entstanden ist, durch die Auslösung des Schlagmelders einen Transformatorschalter zu öffnen. Der Transformatorschalter kann nur relativ kleine Ströme in der Größenordnung von zum Beispiel bis 400 A schalten, während die HH-Sicherung eigentlich für große Ströme bis zum Beispiel 50.000 A ausgelegt ist. Diese großen Ströme werden von dem Transformatorschalter nicht beherrscht, so daß solche Teilbereichssicherungen den Transformatorschalter für die genannten kleineren Ströme und die Sicherung für die Kurzschlußströme verwenden. Solche HH-Sicherungen mit Schlagmelder sind aber mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Zum Beispiel können sie bei relativ kleinen Strömen nicht mehr oder nicht schnell genug abschalten, so daß eine Überhitzung und thermische Überlastung der Sicherungskammer einer Schaltanlage nicht immer zuverlässig vermieden werden kann.Another source of danger is overheating of the fuse with consequential damage, and it For this purpose, fuses with a stroke detector have been developed so that even in the event of overcurrents, without causing a short circuit in the transformer, by triggering the To open a transformer switch. The transformer switch can only switch relatively small currents, for example up to 400 A, while the HV HRC fuse is actually designed for large currents up to 50,000 A, for example. This large currents are not controlled by the transformer switch, so that Sectional fuses the transformer switch for the smaller currents and the Use a fuse for the short-circuit currents. Such HV fuses with blow detectors are but has various disadvantages. For example, they can be relatively small Could not turn off or not shut off quickly enough, so that overheating and Thermal overload of the fuse box of a switchgear is not always reliable can be avoided.

Die Konzeption bekannter Schutzreinrichtungen hat sich als mangelhaft erwiesen, weil man bei der Erstellung bekannter Schutzeinrichtungen von der Überlegung ausgegangen ist, daß die thermische Überlastung der Sicherungskammer durch Überlastströme des Transformator hervorgerufen wird. Bei dem bekannten Thermoschutz wird der Schlagmelder dazu benutzt, um den Transformator im kritischen Falle abzuschalten. Unter dem minimalen Abschaltstrom Imin, welches der kleinste Strom ist, welchen die Sicherung abschalten kann, schmilzt aber der Schmelzleiter, ohne daß die Sicherung die Ausschaltung beherrscht. Die Sicherung wird vielmehr bei Strömen unter Imin unter Umständen thermisch zerstört. Dennoch würde allein ein solcher "Überstrom", der unter Imin liegt, den Strom durch die betrachtete Sicherung nicht abschalten.Dieser wenn auch geringe Strom erzeugt eine sehr große Wärme und hohe Temperaturen in der Sicherung, ohne daß eine Abschaltung erfolgt. Imin ist im allgemeinen der zweifache oder dreifache Nennstrom der Sicherung.The design of known protective devices has proven to be inadequate because, when creating known protective devices, it was assumed that the thermal overload of the fuse chamber is caused by overload currents of the transformer. In the known thermal protection, the impact detector is used to switch off the transformer in the critical case. However, the fuse element melts below the minimum switch-off current I min , which is the smallest current that the fuse can switch off, without the fuse controlling the switch-off. Rather, the fuse may be thermally destroyed in the case of currents below I min . Nevertheless, such an "overcurrent", which is less than I min , would not switch off the current through the fuse in question. This, albeit low, current generates a very large amount of heat and high temperatures in the fuse without a switch-off taking place. I min is generally twice or three times the nominal current of the fuse.

Der Nennstrom einer Sicherung wird häufig so gewählt, daß er dem doppelten bis dreifachen Transformator-Nennstrom entspricht. Solche großen Stromwerte dürfen den Transformator aber nicht auf Dauer durchfließen. In der Praxis verhindert häufig die Netzführung, daß der Transformator wesentliche Überströme trägt, zum Beispiel damit er sich nicht übermäßig erwärmt. Ein derart hoher und unzulässiger Stromwert liegt unterhalb dem Nennstromwert der Sicherung. Letzterer wird in der Praxis also nicht erreicht, so daß eine Schutzeinrichtung für diesen Bereich der Stromwerte nicht wirksam sein kann. Der Strombereich zwischen dem Sicherungsnennstrom und dem minimalen Ausschaltstrom Imin bei bekannten Sicherungen ist für die Erfindung uninteressant.The nominal current of a fuse is often chosen so that it corresponds to twice or three times the nominal transformer current. Such large current values must not flow through the transformer permanently. In practice, the network management often prevents the transformer from carrying significant overcurrents, for example so that it does not become excessively hot. Such a high and impermissible current value is below the fuse's nominal current value. The latter is therefore not achieved in practice, so that a protective device cannot be effective for this range of current values. The current range between the nominal fuse current and the minimum breaking current I min in known fuses is of no interest to the invention.

Hingegen kann durch besondere Betriebsbedingungen der Schmelzleiterwiderstand R einer Sicherung steigen. Das kann zu einer Gefährdung der Sicherung, auch bei üblichen Transformatorbetriebsströmen, führen, zum Beispiel wenn aus dem Hauptschmelzleiter, der sich aus mehreren Teilleitern, parallel verlaufenden Schmelzleitern, zusammensetzt, einzelne Teilschmelzleiter zerstört werden. Bei sukzessiver Zerstörung einzelner Schmelzleiter kann die Wärmeleistungsabgabe Pa der Sicherung, d.h. die Verlustleistung der Sicherung, bei sehr kleinen Strömen einen kritischen Wert erreichen, der größer ist als das Leistungsaufnahmevermögen der Sicherungskammer. Dadurch wird die Sicherungskammer thermisch überlastet.In contrast, the fuse resistance R of a fuse may increase due to special operating conditions. This can endanger the fuse, even with normal transformer operating currents, for example if individual partial fusible conductors are destroyed from the main fuse element, which is made up of several partial conductors, fused conductor elements running in parallel. If individual fuse elements are successively destroyed, the heat output P a of the fuse, ie the power loss of the fuse, can reach a critical value at very low currents, which is greater than the power consumption of the fuse chamber. As a result, the fuse chamber is thermally overloaded.

Ausgehend von dieser Erkenntnis ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine Abschaltung des Transformators auch bei erheblich kleineren Strömen erfolgt als bisher möglich, vorzugsweise unterhalb des Nennstromes der HH-Sicherung, insbesondere wenn letztere defekt ist.Based on this finding, it is an object of the invention to provide a protective device to create the type mentioned, with the help of a shutdown of the transformer even with significantly smaller currents than previously possible, preferably below the Nominal current of the HV HRC fuse, especially if the latter is defective.

Diese Aufgabe läßt sich nun erfindungsgemäß dadurch lösen, daß die HH-Sicherung mit der Auslöseeinrichtung so gestaltet ist, daß letztere spätestens bei Überschreiten eines zulässigen Leistungsaufnahmewertes der Sicherungskammer über ihre Auslösespannung Ua den Transformatorschalter öffnet. Durch diese Maßnahmen kann die Öffnung des Transformatorschalters unabhängig vom Betriebsstrom erfolgen, auch bei kleinem Betriebsstrom, d.h. im Extremfall sogar unterhalb des Transformatornennstromwertes. Die Auslösung erfolgt nämlich immer vor und spätestens bei Überschreiten des vorbestimmten zulässigen Leistungsaufnahmewertes der Sicherungskammer. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei denen von einer Überhitzung durch Überlastströme des Transformators ausgegangen wird, erfolgt die Auslösung erfindungsgemäß zum Beispiel auch bei Werten weit unterhalb des Sicherungsnennstromes INenn. Bei den erheblichen Wärmeleistungen durch sehr kleine Ströme unter dem Sicherungsnennstromwert, die entstehen können, wenn einzelne Schmelzleiter der Sicherung defekt sind, muß mit einer Zerstörung der Sicherungskammer gerechnet werden, und die neue Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung verhindert gerade die thermische Überlastung der Sicherungskammer. This problem can now be solved according to the invention in that the HV fuse with the release device is designed such that the latter opens the transformer switch at the latest when its permissible power consumption value of the fuse chamber is exceeded via its release voltage U a . These measures enable the transformer switch to be opened independently of the operating current, even with a low operating current, ie in extreme cases even below the nominal transformer current value. It is always triggered before and at the latest when the predetermined permissible power consumption value of the fuse chamber is exceeded. In contrast to known solutions, in which overheating is assumed due to overload currents of the transformer, the triggering according to the invention also takes place, for example, at values far below the fuse rated current I rated . Given the considerable heat output from very small currents below the nominal fuse current value, which can arise if individual fuse elements of the fuse are defective, the fuse chamber must be destroyed, and the new protective device according to the invention prevents thermal overloading of the fuse chamber.

Der Leistungsabgabewert des Sicherungseinsatzes wird auf einen zulässigen, maximalen Wert unter dem Leistungsaufnahmewert der Sicherungskammer voreingestellt und darf nicht überschritten werden. Wenn zum Beispiel innen von einem stromdurchflossenen Schmelzleiter eine zu große Leistungsabgabe erfolgt, dann heizt sich die Sicherungskammer auf und kann bei Überschreiten des zulässigen Leistungsaufnahmewertes thermisch überlastet werden.The power output value of the fuse link is set to an allowable, maximum value set below the power consumption value of the fuse chamber and must not be crossed, be exceeded, be passed. If, for example, the inside of a current-carrying fuse element If the power output is too great, the fuse chamber heats up and can be thermally overloaded if the permissible power consumption value is exceeded.

Vorteilhaft ist es deshalb erfindungsgemäß, wenn die Auslösespannung spätestens bei Überschreiten eines zulässigen Leistungsabgabewertes der Sicherung erreicht wird. Der maximale Leisungsabgabewert ist dann erreicht, wenn das Leistungsaufnahmevermögen der Sicherungskammer überschritten wird. Solange die Leistungsabgabe der Sicherung das maximale Leistungsaufnahmevermögen der Sicherungskammer nicht überschreitet, besteht für die Schaltanlage keine Gefahr. Das maximale Leistungsaufnahmevermögen wird von dem jeweiligen Hersteller der Schaltanlage angegeben.It is therefore advantageous according to the invention if the trigger voltage at the latest Exceeding a permissible power output value of the fuse is reached. The maximum power output value is reached when the power consumption of the Security chamber is exceeded. As long as the power output of the fuse maximum power consumption of the fuse chamber does not exist for the switchgear no danger. The maximum power consumption is determined by the specified manufacturer of the switchgear.

Es können infolge impulsförmiger Strombelastungen durch Inrush- oder Blitzströme einzelne oder mehrere der vorstehend schon erwähnten, parallel geschalteten Teilschmelzleiter unterbrochen werden. Hierdurch steigt die Wärmeleistungsabgabe der Sicherung und kann sogar bei Transformatornennstrom den zulässigen Leistungsaufnahmewert der Sicherungskammer überschreiten. In Verbindung mit einem Transformatorschalter mit Freiauslösung verhindert die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung in überraschender Weise eine mögliche thermische Überlastung der Sicherungskammer.Individual impulses due to inrush or lightning currents can occur due to pulsed current loads or more of the partial fusible conductors connected in parallel, as already mentioned above to be interrupted. This increases the heat output of the fuse and can the permissible power consumption value of the fuse chamber even with nominal transformer current exceed. In connection with a transformer switch with free trip the protective device according to the invention surprisingly prevents a possible one thermal overload of the fuse chamber.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, den Leistungsabgabewert als Auslösekriterium zu verwenden, erlaubt ein leichteres Messen. Die Leistungs- bzw. Wärmeleistungsabgabe Pa der Sicherung darf nämlich den zulässigen Leistungsaufnahmewert der Sicherungskammer nicht überschreiten.The measure according to the invention, to use the power output value as a trigger criterion, allows easier measurement. The power or heat output P a of the fuse must not exceed the permissible power consumption value of the fuse chamber.

Es ist vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß der Leistungsabgabewert im Bereich zwischen 60 W und 90 W liegt; wobei es besonders bevorzugt ist, wenn der Leistungsabgabewert etwa = 75 W beträgt. Es sollte also gelten Pa ≤ 75 W. It is advantageous if, according to the invention, the power output value is in the range between 60 W and 90 W; it is particularly preferred if the power output value is approximately = 75 W. So it should apply P a ≤ 75 W.

Durch die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung wird die Leistungsabgabe der Sicherung überwacht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schutzeinrichtung spannungs-und somit leistungsbezogen auslöst: Ua = R x Ib Ua x Ib = Pa ≤ 75 W. The power output of the fuse is monitored by the protective device according to the invention. It is advantageous if the protective device triggers in relation to voltage and thus power: U a = R x I b U a x I b = P a ≤ 75 W.

Die Auslösespannung Ua des Systems mit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist so bemessen, daß das Produkt aus der Auslösespannung Ua und dem Betriebsstrom Ib bei steigendem Schmelzwiderstand R den Wert von zum Beispiel 75 W nicht überschreitet. Durch die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung wird die Leistungsabgabe der Sicherung nicht nur überwacht, sondern auch der Transformatorschalter ausgelöst, bevor der zulässige Leistungsabgabewert bzw. spätestens wenn dieser Wert oder der Leistungsaufnahmewert der Sicherungskammer überschritten wird. Im Gegensatz zu einer bekannten Lösung wirkt der Schutz unabhängig vom Sicherungsnennstrom und nur abhängig von der Leistungsabgabe der Sicherung. Die Schutzeinrichtung kann somit auf die üblichen zulässigen Leistungsaufnahmewerte von Sicherungskammern in SF6-isolierten Schaltanlagen ausgelegt werden.The tripping voltage U a of the system with the protective device according to the invention is dimensioned such that the product of the tripping voltage U a and the operating current I b does not exceed the value of, for example, 75 W with increasing melting resistance R. The protective device according to the invention not only monitors the power output of the fuse, but also triggers the transformer switch before the permissible power output value or at the latest when this value or the power consumption value of the fuse chamber is exceeded. In contrast to a known solution, the protection works independently of the nominal fuse current and only depending on the power output of the fuse. The protective device can thus be designed for the usual permissible power consumption values of fuse boxes in SF 6 -insulated switchgear.

Zweckmäßig ist die Erfindung ferner dadurch ausgestaltet, daß die HH-Sicherung in einem Gießharzgehäuse innerhalb einer SF6-Kammer als Sicherungskammer angeordnet ist. Durch das isolierende Schwefelhexafluoridgas hat man hervorragende Isoliereigenschaften, kann die Abstände der Bauteile verkleinern und damit auch eine gekapselte Schaltanlage sehr kompakt aufbauen. Bei solchen Anlagen werden die Sicherungen in engen Kammern eingesetzt, die einerseits die Wärmeableitung von der Sicherung stark einschränken und andererseits selbst nur ein begrenztes Wärmeaufnahmevermögen haben. Bei richtiger Zuordnung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung zu den Transformatoren besteht keine thermische Überlastungsgefahr für die Sicherungskammern, solange die Sicherungen in Ordnung sind. Im Falle deren Beschädigung oder teilweisen Zerstörung wird unter besonderen Umständen der Leistungsabgabewert der Sicherung erreicht oder überschritten, und dann öffnet die Auslöseeinrichtung den Transformatorschalter.The invention is also expediently designed such that the HV fuse is arranged in a cast resin housing within an SF 6 chamber as a fuse chamber. The insulating sulfur hexafluoride gas has excellent insulating properties, can reduce the spacing of the components and thus also make an enclosed switchgear very compact. In such systems, the fuses are used in narrow chambers, which on the one hand severely restrict the heat dissipation from the fuse and on the other hand only have a limited heat absorption capacity. If the protective device according to the invention is correctly assigned to the transformers, there is no risk of thermal overload for the fuse chambers as long as the fuses are in order. In the event of their damage or partial destruction, the power output value of the fuse is reached or exceeded under special circumstances, and then the tripping device opens the transformer switch.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn erfindungsgemäß die Auslöseeinrichtung als Schlagstiftvorrichtung ausgebildet ist. Die vorstehende Formel des Produktes von Auslösespannung Ua und Betriebsstrom Ib gilt in gleicher Weise.It is advantageous if, according to the invention, the triggering device is designed as a striker device. The above formula of the product of tripping voltage U a and operating current I b applies in the same way.

Besonders günstig arbeitet die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung, wenn nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel die HH-Sicherung wenigstens einen Hauptschmelzleiter und wenigsten einen Hilfschmelzleiter aufweist. Man kann dann auf in der Literatur teilweise schon angegebene Vorschläge für Schlagstiftvorrichtungen zurückgreifen, die auf das Durchschmelzen zum Beispiel eines Hilfsschmelzleiters ansprechen. The protective device according to the invention works particularly cheaply, if after a another advantageous embodiment, the HV fuse at least one main fuse and at least has an auxiliary fuse element. You can then go to the Recall suggestions for striking pin devices that have already been given in the literature, that respond to the melting down of an auxiliary fuse element, for example.

Weitere Vorteile der Schmelzeinrichtung gemäß der Erfindung sind außer der Überwachungsmöglichkeit der Wärmeleistungsabgabe der Sicherung zum Beispiel die Alterungsfreiheit und die Funktionsfähigkeit unabhängig von der Einbaulage der Sicherung. In sehr einfacher Weise basiert die neue Schutzeinrichtung auch auf dem ohm'schen Gesetz.Other advantages of the melting device according to the invention are the possibility of monitoring the heat output of the fuse, for example, freedom from aging and the functionality regardless of the installation position of the fuse. In a very simple way the new protective device is also based on Ohm's law.

Setzt man die neue Einrichtung gemäß der Erfindung in einer Schaltanlage mit gekapselten Abteilen ein, zum Beispiel in einem Transformatorhäuschen mit einer Mittelspannungsschaltanlage, dann kann man die gefürchteten Schäden bei der Zerstörung von SF6-Schaltanlagen mit Vorteil verhindern. Es können auf diese Weise Schaltanlagen auch in besiedelte Gebiete gesetzt und dort gefahrlos betrieben werden. Weil die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung auch bei niedrigen Auslösespannungen für das Schlagstiftsystem einwandfrei arbeitet, kann man bis zu großen Betriebsströmen noch einen guten und sicheren Schutz vorsehen.If the new device according to the invention is used in a switchgear with encapsulated compartments, for example in a transformer house with a medium-voltage switchgear, then the feared damage in the destruction of SF 6 switchgear can be prevented with advantage. In this way, switchgear can also be set in populated areas and operated there safely. Because the protective device according to the invention works perfectly even at low trigger voltages for the firing pin system, good and safe protection can still be provided up to large operating currents.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1
schematisch die Sicherungskammer einer SF6-Schaltanlage mit einer Ringkabelleitung,
Figur 2
einen Ausschnitt der Schutzreinrichtung im Transformatorabgangsfeld der Sicherungskammer mit nachgeschaltetem Transformator und
Figur 3
die schematische Darstellung einer Sicherung mit einem Hauptschmelzleiter und einem parallel dazu geschalteten Hilfsschmelzleiter mit Haltedraht und Schlagstift.
Further advantages, features and possible uses of the present invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment in conjunction with the attached drawings. Show it:
Figure 1
schematically the fuse chamber of an SF 6 switchgear with a ring cable line,
Figure 2
a section of the protective device in the transformer outgoing panel of the fuse chamber with a downstream transformer and
Figure 3
the schematic representation of a fuse with a main fuse and an auxiliary fuse connected in parallel with holding wire and striker.

In einer Mittelspannungsschaltanlage 23 zeigt Figur 1 die Sicherungskammer 1 schematisch durch eine strichpunktierte Linie. Es handelt sich hier speziell um eine SF6-isolierte Schaltanlage. Die gesamte Schaltanlage 23 ist aufgeteilt in ein unteres Kabelfeld 2, ein oberes Kabelfeld 3 und das in der Mitte befindliche Transformatorfeld 4. Von einer Sammelschiene 5, welche durch alle drei Felder 2, 3, 4 hindurchgeht, führt der obere Kabelschalter 6 des Kabelfeldes 3 zu einem Ringkabelabgang 7, während der Kabelschalter 8 im unteren Kabelfeld 2 zu dem Ringkabelabgang 9 führt. Auch der in dem in der Mitte angeordneten Transformatorfeld 4 angeordnete Kabel- oder Transformatorschalter 10 schafft einen Abgang von der Sammelschiene 5, wenn er geschlossen ist, allerdings über die mit 11 bezeichnete Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung. Diese ist mit dem Transformatorabgang 14 zu dem Transformator 15 hin verbunden. In a medium-voltage switchgear 23, FIG. 1 shows the fuse chamber 1 schematically by a dash-dotted line. This is specifically an SF 6 -insulated switchgear. The entire switchgear 23 is divided into a lower cable section 2, an upper cable section 3 and the transformer section 4 located in the middle. The upper cable switch 6 of the cable section 3 leads from a busbar 5 which passes through all three sections 2, 3, 4 to a ring cable outlet 7, while the cable switch 8 in the lower cable panel 2 leads to the ring cable outlet 9. The cable or transformer switch 10 arranged in the center of the transformer field 4 also creates an outlet from the busbar 5 when it is closed, but via the high-voltage high-power fuse designated by 11. This is connected to the transformer outlet 14 towards the transformer 15.

Der Transformator 15 ist samt Transformatorabgang 14 und HH-Sicherung 11 in Figur 2 vergrößert und deutlich herausgezeichnet. Die an der HH-Sicherung 11 anschließende gestrichelte Linie 16 veranschaulicht die Schlagstifteinrichtung an der HH-Sicherung.Der Transformatorschalter 10 ist mit Freiauslösung gezeigt.The transformer 15 is together with the transformer outlet 14 and HV fuse 11 in Figure 2 enlarged and clearly drawn out. The one connected to the HV fuse 11 dashed line 16 illustrates the striker device on the HV fuse Transformer switch 10 is shown with free trip.

In Figur 3 ist die Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung 11 vergrößert herausgezeichnet. Man erkennt den Schlagstift 16, der von einem Haltedraht 17 gegen die Kraft einer Druckfeder 18 gehalten wird. Zu dem schlagstiftseitigen Sicherungskontakt 19 fließt der Strom aus dem gegenüberliegenden Sicherungskontakt 20 einmal über den Hauptschmelzleiter 21 und zum anderen über den parallel dazu geschalteten Hilfsschmelzleiter 22. In an sich bekannter Weise fließt der durch den Hilfsschmelzleiter 22 fließende Strom auch durch den Haltedraht 17, der nach dem Schmelzen reißt und den Schlagstift 16 zum Öffnen des Transformatorschalters 10 auslöst.In Figure 3, the high-voltage high-performance fuse 11 is drawn out enlarged. You can see the striker 16, the holding wire 17 against the force of a compression spring 18 is held. The current flows out of the striker-side fuse contact 19 opposite fuse contact 20 once over the main fuse element 21 and others via the auxiliary fuse element 22 connected in parallel thereto. In a manner known per se the current flowing through the auxiliary fuse element 22 also flows through the holding wire 17 which after melting and tearing the striker pin 16 to open the transformer switch 10 triggers.

Die in den Zeichnungen dargestellte Schutzeinrichtung sorgt für einen Schutz der Sicherungskammer 1 auch gegen thermische Überlastung, wenn der eine oder andere (oder mehrere) der Teilschmelzleiter des Hauptschmelzleiters 21 geschmolzen sind und sich dadurch der Widerstand der HH-Sicherung 11 ungewünscht erhöht. Hat eine 20 kV-40A-Sicherung zum Beispiel drei Teilschmelzleiter, von denen zwei defekt sind, dann überschreitet die Leistungsabgabe der Sicherung Pa den vorgegebenen Schwellwert von 75 W mit der Folge, daß der Schlagstift 16 auslöst und den Transformatorschalter mit Freiauslösung 10 öffnet. Auch bei einem Strom, der unter dem Nennstrom der Sicherung liegt, kann damit eine Auslösung erfolgen und auf diese Weise die thermische Überlastung der Sicherungskammer 1 vermieden werden. The protective device shown in the drawings also protects the fuse chamber 1 against thermal overload if one or the other (or more) of the partial fuse elements of the main fuse element 21 have melted and the resistance of the HV fuse block 11 thereby undesirably increased. If, for example, a 20 kV-40A fuse has three partial fuse elements, two of which are defective, the power output of the fuse P a exceeds the predetermined threshold value of 75 W, with the result that the striker pin 16 triggers and the transformer switch with free release 10 opens. Even at a current which is below the nominal current of the fuse, tripping can take place and the thermal overload of the fuse chamber 1 can be avoided in this way.

BezugszeichenlisteReference list

11
SicherungskammerSecurity chamber
22nd
unteres Kabelfeldlower cable panel
33rd
oberes Kabelfeldupper cable panel
44th
TansformatorfeldTransformer field
55
SammelschieneBusbar
66
Kabelschalter des Kabelfeldes 3Cable switch of the cable panel 3
77
RingkabelabgangRing cable outlet
88th
Kabelschalter 8Cable switch 8
99
Ringkabelabgang 9Ring cable outlet 9
1010th
TransformatorschalterTransformer switch
1111
HH-SicherungHV fuse
1212th
1313
1414
TransformatorabgangTransformer outlet
1515
Transformatortransformer
1616
SchlagstiftFiring pin
1717th
HaltedrahtRetaining wire
1818th
DruckfederCompression spring
1919th
SicherungskontaktFuse contact
2020th
SicherungskontaktFuse contact
2121
HauptschmelzleiterMain fuse element
2222
HilfsschmelzleiterAuxiliary fuse element
2323
MittelspannungsschaltanlageMedium voltage switchgear

Claims (7)

Schutzeinrichtung gegen die thermische Überlastung der Sicherungskammer (1) einer Schaltanlage mit nachgeschaltetem Transformator (15), beispielsweise zur Versorgung eines Niederspannungsfeldes, wobei in der Sicherungskammer (1) eine Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung (11) mit einer Auslöseeinrichtung (16-18) zum Schalten eines Transformatorschalters (10) mit Freiauslösung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die HH-Sicherung (11) mit der Auslöseeinrichtung (16-18) so gestaltet ist, daß letztere spätestens bei Überschreiten eines zulässigen Leistungsaufnahmewertes der Sicherungskammer (1) über ihre Auslösespannung (Ua) den Transformatorschalter (10) öffnet.Protective device against thermal overloading of the fuse chamber (1) of a switchgear with a downstream transformer (15), for example for supplying a low-voltage field, a high-voltage high-power fuse (11) with a tripping device (16-18) in the fuse chamber (1) Switching of a transformer switch (10) with free tripping is arranged, characterized in that the HV fuse (11) with the tripping device (16-18) is designed such that the latter at the latest when a permissible power consumption value of the fuse chamber (1) is exceeded via its tripping voltage (U a ) opens the transformer switch (10). Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösespannung (Ua) spätestens bei Überschreiten eines zulässigen Leistungsabgabewertes (Pa) der Sicherung (11) erreicht wird.Protective device according to Claim 1, characterized in that the trigger voltage (U a ) is reached at the latest when an admissible power output value (P a ) of the fuse (11) is exceeded. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsabgabewert (Pa) im Bereich zwischen 60 W und 90 W liegt.Protective device according to claim 1 or 2, characterized in that the power output value (P a ) is in the range between 60 W and 90 W. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsabgabewert (Pa) etwa gleich 75 W ist.Protective device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the power output value (P a ) is approximately equal to 75 W. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die HH-Sicherung (11) in einem Gießharzgehäuse innerhalb einer SF6-Kammer als Sicherungskammer (1) angeordnet ist.Protective device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the HV fuse (11) is arranged in a cast resin housing within an SF 6 chamber as a securing chamber (1). Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (16-18) als Schlagstiftvorrichtung ausgebildet ist.Protective device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Trigger device (16-18) is designed as a striker device. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die HH-Sicherung (11) wenigstens einen Hauptschmelzleiter (21) und wenigstens einen Hilfsschmelzleiter (22) aufweist.Protective device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the HV fuse (11) at least one main fuse element (21) and at least one Auxiliary fuse element (22).
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