EP1347482A1 - Energieverteilungsnetz - Google Patents

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EP1347482A1
EP1347482A1 EP20020405200 EP02405200A EP1347482A1 EP 1347482 A1 EP1347482 A1 EP 1347482A1 EP 20020405200 EP20020405200 EP 20020405200 EP 02405200 A EP02405200 A EP 02405200A EP 1347482 A1 EP1347482 A1 EP 1347482A1
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EP
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distribution network
circuit breaker
power distribution
switching
overhead line
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Martin Kriegel
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H01H33/121—Load break switches
    • H01H33/125—Load break switches comprising a separate circuit breaker
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/14—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc
    • H01H33/143—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc of different construction or type

Definitions

  • the invention is based on a multi-phase electrical Power distribution network according to the preamble of claim 1:
  • Measures are provided to prevent such large Slopes of recurring voltage can occur.
  • the proven means has been the installation of capacitors in the Power distribution network proved that the natural frequency of the Energy distribution network to be viewed as an LC resonant circuit reduce to the extent that the steepness of the recurring Tension only comparatively small, due to conventional Circuit breaker has safely manageable values.
  • the Capacitors are usually between the High voltage potential of the energy distribution network and the Earth installed.
  • the invention as characterized in the independent claim solves the task of a multi-phase power distribution network to create in which no additional capacitors for the reduction of the steepness of the recurring voltage are required.
  • a hybrid circuit breaker In the power distribution network according to the invention with at least one multiphase overhead line is as Circuit breaker to protect the at least one overhead line a hybrid circuit breaker is provided.
  • the Hybrid circuit breakers have at least two switching chambers operated in different extinguishing media.
  • the at least one first of these interrupters is for the permanent mastery of high withstand voltages at least a second of these interrupters is for the Mastery of comparatively high initial steepness recurring voltage.
  • Embodiment is at least one as a second switching chamber Vacuum interrupter provided. The use of other switching and Isolation media is in such hybrid circuit breakers quite conceivable.
  • the advantages achieved by the invention are there too see that the additional capacitors are omitted, making the Space required for the switch stations of the Energy distribution network is reduced, so that Construction costs for the creation of the energy distribution network can be advantageously reduced. In addition, these do not apply Capacitors also bridged the additional insulators Distances and thus the effort for regular cleaning this isolation. With the elimination of the additional capacitors there is also a risk of undesirable occurrences Ferroresonances banished in the energy distribution network.
  • FIG. 1 shows a highly simplified single-phase Equivalent circuit diagram of a conventionally constructed Power distribution network 1.
  • This Power distribution network 1 has a potential High voltage part 2 and a grounded part 3.
  • a terminal 4 arranged in the high-voltage part 2 and one in the earthed part 3 arranged terminal 5 is an ohmic Resistor 6 connected in series with a capacitor 7.
  • the Resistor 6 represents the ohmic part of the network impedance
  • the capacitor 7 represents the capacitive portion of the Mains impedance
  • that upstream of terminal 4 Inductance 8 represents the inductive part of the network impedance represents an overhead line 9 from the terminal 4.
  • this overhead line 9 is, just like the other not illustrated end, a circuit breaker 10 provided this in the event of a fault, both circuit breakers switch Overhead line 9 from.
  • the circuit breaker 10 Immediately after the circuit breaker 10 is a terminal 11 intended. Between this terminal 11 and one in the grounded Part 3 arranged terminal 12 is an additional capacitor 13 connected. A similar additional capacitor is also on other end of the overhead line 9 is provided. If so, for example triggered by lightning in one Fault location 14 an earth fault 15 occurs, so the disconnect the overhead line 9 of both circuit breakers. If the fault location 14 is comparatively close to the circuit breaker 10 is, in the area in which, on this Circuit breaker 10 related from the occurrence of a Distance short circuit can be spoken by the additional capacitor 13 the slope of the increase in recurring voltage is limited to values that the Circuit breaker 10 can master properly. By the short-circuit on the piece of the overhead line 9 between the circuit breaker 10 and the fault location 14 called traveling wave processes can then no interference cause.
  • FIG. 2 shows a highly simplified single phase Equivalent circuit diagram of a simplified according to the invention established power distribution network 1.
  • the usually always existing scissor disconnectors, earth electrodes and transducers are not shown, also not the energy producers.
  • This Power distribution network 1 has a potential High voltage part 2 and a grounded part 3.
  • a terminal 4 arranged in the high-voltage part 2 and one in the earthed part 3 arranged terminal 5 is an ohmic Resistor 6 connected in series with a capacitor 7.
  • the Resistor 6 represents the ohmic part of the network impedance
  • the capacitor 7 represents the capacitive portion of the Mains impedance
  • Inductance 8 represents the inductive part of the network impedance represents an overhead line 9 from the terminal 4.
  • the hybrid circuit breaker 16 has one preferred Embodiment two series-connected switching chambers 17 and 18, of which the first switching chamber 17 as with a Isolation gas filled chamber is formed while the second Switching chamber 18 is designed as a vacuum switching chamber.
  • the first switching chamber 17 is for permanent control high holding voltages (operating voltages).
  • the second switching chamber 18 is for mastery comparatively high initial steepness of recurring Voltage designed, it takes over shortly after the extinction of the switch-off arc the comparatively great steepness of the increase in the recurring voltage. During this period, the switching distance becomes the first Switch chamber 17 continue to blow and from conductive Switching residues cleaned so that they are sufficient afterwards dielectric strength achieved to further increase the recurring voltage and then the operating voltage withstand.
  • the hybrid circuit breaker 16 is also included an effective voltage control, which ensures that neither of the two switching chambers 17 and 18 during the switch-off process and during normal operation is dielectrically overloaded.
  • the elimination of the additional capacitors has the big advantage with that the natural frequency of the power distribution network certainly far enough from the area lies in which harmful ferroresonances can occur.
  • the operational safety and the availability of the The energy distribution network is thereby advantageously increased.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Es wird ausgegangen von einem Energieverteilungsnetz mit mindestens einer mehrphasigen Freileitung (9) und mit mindestens einem zum Schutz der mindestens einen Freileitung (9) vorgesehenen Leistungsschalter. Es soll ein mehrphasiges Energieverteilungsnetz geschaffen werden, in welchem keine zusätzlichen Kondensatoren für die Reduktion der anlagebedingten Steilheit der wiederkehrenden Spannung benötigt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass als Leistungsschalter ein Hybridleistungsschalter (16) vorgesehen wird. Das so geschaffene Energieverteilungsnetz (1) ist preisgünstiger zu erstellen. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung geht aus von einem mehrphasigen elektrischen Energieverteilungsnetz gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1:
STAND DER TECHNIK
Aus dem Artikel von Rainer Bitsch und Friedrich Richter in der Zeitschrift etz-a, Bd. 98 (1977), Seiten 137 bis 141, ist ein mit Hochspannung betriebenes, dreiphasiges Energieverteilungsnetz bekannt. Dieses Energieverteilungsnetz weist Freileitungen auf, welche verschiedene Schaltstationen und Verbraucher verbinden. In den Schaltstationen dieses Energieverteilungsnetzes sind Leistungsschalter vorgesehen, welche u. a. dem Schutz der Leitungen und Verbraucher gegen durch einen Kurzschluss verursachte Folgeschäden dienen. Diese Leistungsschalter schalten im Schadensfall selektiv die fehlerbehafteten Bereiche des Energieverteilungsnetzes ab. Ein handelsüblicher Leistungsschalter beherrscht in der Regel die im Energieverteilungsnetz auftretenden Schaltfälle. Wenn aber das Energieverteilungsnetz eine vergleichsweise hohe Kurzschlussleistung mit Fehlerströmen im Bereich über etwa 40 kA bis 50 kA aufweist, so ist es jedoch möglich, dass die handelsüblichen Leistungsschalter den speziellen Schaltfall des Abstandkurzschlusses nicht in jedem Fall sicher beherrschen.
Beim Abschalten eines Abstandkurzschlusses treten in der erstlöschenden Phase des Leistungsschalters nach dem Erlöschen des Schaltlichtbogens in der Schaltstrecke zwischen den Schaltkontakten besonders grosse Steilheiten der wiederkehrenden Spannung auf, die bei herkömmlichen Leistungsschaltern zu einem unerwünschten Wiederzünden der Schaltstrecke und damit zu einem Versagen des Leistungsschalters führen können. Um derartige Fehlschaltungen zu vermeiden, werden im mehrphasigen Energieverteilungsnetz Massnahmen vorgesehen, die verhindern, dass derartig grosse Steilheiten der wiederkehrenden Spannung auftreten können. Als bewährtes Mittel hat sich der Einbau von Kondensatoren in das Energieverteilungsnetz erwiesen, welche die Eigenfrequenz des als LC-Schwingkreis anzusehenden Energieverteilungsnetzes soweit reduzieren, dass die Steilheit der wiederkehrenden Spannung nur noch vergleichsweise kleine, durch herkömmliche Leistungsschalter sicher beherrschbare Werte aufweist. Die Kondensatoren werden in der Regel zwischen dem Hochspannungspotential des Energieverteilungsnetzes und der Erde eingebaut.
Dieser Einbau von Kondensatoren ist aufwendig im Hinblick auf die Kosten und den Platzbedarf für diese Elemente. Zudem weist jeder der Kondensatoren eine Isolierstrecke gegen Erde auf, die gewartet werden muss, wodurch zusätzliche Kosten verursacht werden, und wobei der Zeitbedarf für diese Wartung die Verfügbarkeit des Energieverteilungsnetzes etwas einschränkt. Der Einbau von zusätzlichen Kondensatoren kann die Eigenfrequenz des Energieverteilungsnetzes so verändern, dass Ferroresonanzen möglich sind. Aufgrund dieser Ferroresonanzen können bei Schaltvorgängen im Netz unerwünschte Überspannungen auftreten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein mehrphasiges Energieverteilungsnetz zu schaffen, in welchem keine zusätzlichen Kondensatoren für die Reduktion der anlagebedingten Steilheit der wiederkehrenden Spannung benötigt werden.
In dem erfindungsgemässen Energieverteilungsnetz mit mindestens einer mehrphasigen Freileitung ist als Leistungsschalter zum Schutz der mindestens einen Freileitung ein Hybridleistungsschalter vorgesehen. Der Hybridleistungsschalter weist mindestens zwei mit unterschiedlichen Löschmedien betriebene Schaltkammern auf. Die mindestens eine erste dieser Schaltkammern ist für die dauerhafte Beherrschung hoher Haltespannungen ausgelegt, die mindestens eine zweite dieser Schaltkammern ist für die Beherrschung vergleichsweise hoher Anfangssteilheiten der wiederkehrenden Spannung ausgelegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als zweite Schaltkammer mindestens eine Vakuumschaltkammer vorgesehen. Der Einsatz anderer Schalt- und Isolationsmedien ist bei derartigen Hybridleistungsschaltern durchaus vorstellbar.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass die Zusatzkondensatoren entfallen, wodurch der Platzbedarf für die Schaltstationen des Energieverteilungsnetzes verkleinert wird, sodass die Baukosten für die Erstellung des Energieverteilungsnetzes vorteilhaft reduziert werden. Zudem entfallen mit diesen Kondensatoren auch die zusätzlichen isolierend überbrückten Distanzen und damit der Aufwand für die regelmässige Reinigung dieser Isolation. Mit dem Wegfallen der Zusatzkondensatoren wird auch die Gefahr des Auftretens von unerwünschten Ferroresonanzen im Energieverteilungsnetz gebannt.
Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
  • Fig.1 das Ersatzschaltbild eines Teils eines herkömmlich beschalteten Energieverteilungsnetzes, und
  • Fig. 2 das Ersatzschaltbild eines Teils eines erfindungsgemäss vereinfachten Energieverteilungsnetzes.
    • Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt bzw. nicht beschrieben.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
    Die Figur 1 zeigt ein stark vereinfachtes einphasiges Ersatzschaltbild eines herkömmlich aufgebauten Energieverteilungsnetzes 1. Die in der Regel stets vorhandenen Scherentrenner, Erder und Messwandler sind nicht eingezeichnet, ebenso nicht die Energieerzeuger. Dieses Energieverteilungsnetz 1 weist einen auf Potential liegenden Hochspannungsteil 2 und einen geerdeten Teil 3 auf. Zwischen einer im Hochspannungsteil 2 angeordneten Klemme 4 und einer im geerdeten Teil 3 angeordneten Klemme 5 ist ein ohmscher Widerstand 6 in Reihe mit einem Kondensator 7 geschaltet. Der Widerstand 6 stellt den ohmschen Anteil der Netzimpedanz dar, der Kondensator 7 stellt den kapazitiven Anteil der Netzimpedanz dar, und die der Klemme 4 vorgeschaltete Induktivität 8 stellt den induktiven Anteil der Netzimpedanz dar. Von der Klemme 4 geht eine Freileitung 9 ab. Am Anfang dieser Freileitung 9 ist, ebenso wie am anderen nicht dargestellten Ende, ein Leistungsschalter 10 vorgesehen, diese beiden Leistungsschalter schalten im Fehlerfall die Freileitung 9 ab.
    Unmittelbar nach dem Leistungsschalter 10 ist eine Klemme 11 vorgesehen. Zwischen dieser Klemme 11 und einer im geerdeten Teil 3 angeordneten Klemme 12 ist ein Zusatzkondensator 13 geschaltet. Ein gleichartiger Zusatzkondensator ist auch am anderen Ende der Freileitung 9 vorgesehen. Wenn nun, beispielsweise durch einen Blitzschlag ausgelöst, in einem Fehlerort 14 ein Erdkurzschluss 15 auftritt, so müssen die beiden Leistungsschalter die Freileitung 9 abschalten. Wenn der Fehlerort 14 vergleichsweise nahe beim Leistungsschalter 10 ist, in dem Bereich also in dem, auf diesen Leistungsschalter 10 bezogen, vom Auftreten eines Abstandskurzschlusses gesprochen werden kann, so wird durch den Zusatzkondensator 13 die Steilheit des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung auf solche Werte begrenzt, die der Leistungsschalter 10 einwandfrei beherrschen kann. Die durch den Abstandskurzschluss auf dem Stück der Freileitung 9 zwischen dem Leistungsschalter 10 und dem Fehlerort 14 hervor gerufenen Wanderwellenvorgänge können dann keine Störungen verursachen.
    Die Figur 2 zeigt ein stark vereinfachtes einphasiges Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäss vereinfacht aufgebauten Energieverteilungsnetzes 1. Die in der Regel stets vorhandenen Scherentrenner, Erder und Messwandler sind nicht eingezeichnet, ebenso nicht die Energieerzeuger. Dieses Energieverteilungsnetz 1 weist einen auf Potential liegenden Hochspannungsteil 2 und einen geerdeten Teil 3 auf. Zwischen einer im Hochspannungsteil 2 angeordneten Klemme 4 und einer im geerdeten Teil 3 angeordneten Klemme 5 ist ein ohmscher Widerstand 6 in Reihe mit einem Kondensator 7 geschaltet. Der Widerstand 6 stellt den ohmschen Anteil der Netzimpedanz dar, der Kondensator 7 stellt den kapazitiven Anteil der Netzimpedanz dar, und die der Klemme 4 vorgeschaltete Induktivität 8 stellt den induktiven Anteil der Netzimpedanz dar. Von der Klemme 4 geht eine Freileitung 9 ab.
    Am Anfang dieser Freileitung 9 ist, ebenso wie am anderen nicht dargestellten Ende, ein Hybridleistungsschalter 16 vorgesehen, diese beiden Hybridleistungsschalter schalten im Fehlerfall die Freileitung 9 ab. Wenn nun, beispielsweise durch einen Blitzschlag ausgelöst, in einem Fehlerort 14 ein Erdkurzschluss 15 auftritt, so schalten die beiden Hybridleistungsschalter die Freileitung 9 einwandfrei ab. Sie schalten die Freileitung 9 auch im Fehlerfall "Abstandskurzschluss" problemlos ab, da sie sämtliche, in Energieverteilungsnetzen 1 möglichen Steilheiten des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung beherrschen. Kondensatoren für die Reduzierung des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung sind deshalb hier nicht nötig.
    Der Hybridleistungsschalter 16 weist in einer bevorzugten Ausführungsform zwei in Reihe geschaltete Schaltkammern 17 und 18 auf, von denen die erste Schaltkammer 17 als mit einem Isoliergas gefüllte Kammer ausgebildet ist, während die zweite Schaltkammer 18 als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist. Die erste Schaltkammer 17 ist für die dauerhafte Beherrschung hoher Haltespannungen (Betriebsspannungen) ausgelegt. Die zweite Schaltkammer 18 ist für die Beherrschung vergleichsweise hoher Anfangssteilheiten der wiederkehrenden Spannung ausgelegt, sie übernimmt in dem Zeitraum kurz nach dem Erlöschen des Ausschaltlichtbogens die vergleichsweise grosse Steilheit des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung. Während dieses Zeitraums wird die Schaltstrecke der ersten Schaltkammer 17 weiter beblasen und von leitenden Schaltrückständen gereinigt, sodass sie danach eine genügende dielektrische Festigkeit erreicht, um dem weiteren Anstieg der wiederkehrenden Spannung und danach der Betriebsspannung standzuhalten. Der Hybridleistungsschalter 16 ist zudem mit einer wirkungsvollen Spannungssteuerung versehen, welche sicherstellt, dass keine der beiden Schaltkammern 17 und 18 während des Ausschaltvorgangs und während des Normalbetriebs dielektrisch überlastet wird.
    Der Wegfall der Zusatzkondensatoren bringt den grossen Vorteil mit sich, dass die Eigenfrequenz des Energieverteilungsnetzes mit grosser Sicherheit genügend weit von dem Bereich entfernt liegt, in welchem schädliche Ferroresonanzen auftreten können. Die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit des Energieverteilungsnetzes wird dadurch vorteilhaft erhöht.
    BEZEICHNUNGSLISTE
    1
    Energieverteilungsnetz
    2
    Hochspannungsteil
    3
    geerdeter Teil
    4,5
    Klemme
    6
    Widerstand
    7
    Kondensator
    8
    Induktivität
    9
    Freileitung
    10
    Leistungsschalter
    11,12
    Klemme
    13
    Zusatzkondensator
    14
    Fehlerort
    15
    Erdkurzschluss
    16
    Hybridleistungsschalter
    17,18
    Schaltkammer

    Claims (4)

    1. Energieverteilungsnetz mit mindestens einer mehrphasigen Freileitung (9), mit mindestens einem zum Schutz der mindestens einen Freileitung (9) vorgesehenen Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet,
      dass als Leistungsschalter ein Hybridleistungsschalter (16) vorgesehen ist.
    2. Energieverteilungsnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
      dass der Hybridleistungsschalter (16) mindestens zwei mit unterschiedlichen Löschmedien betriebene Schaltkammern (17,18) aufweist,
      dass die mindestens eine erste dieser Schaltkammern (17) für die dauerhafte Beherrschung hoher Haltespannungen ausgelegt ist, und
      dass die mindestens eine zweite dieser Schaltkammern (18) für die Beherrschung vergleichsweise hoher Anfangssteilheiten der wiederkehrenden Spannung ausgelegt ist.
    3. Energieverteilungsnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
      dass als zweite Schaltkammer mindestens eine Vakuumschaltkammer vorgesehen ist.
    4. Energieverteilungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
      dass keine Zusatzkondensatoren (13) vorgesehen sind.
    EP20020405200 2002-03-15 2002-03-15 Energieverteilungsnetz Revoked EP1347482B1 (de)

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