EP2189998A1 - Generator switch arrangement - Google Patents

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EP2189998A1
EP2189998A1 EP08169795A EP08169795A EP2189998A1 EP 2189998 A1 EP2189998 A1 EP 2189998A1 EP 08169795 A EP08169795 A EP 08169795A EP 08169795 A EP08169795 A EP 08169795A EP 2189998 A1 EP2189998 A1 EP 2189998A1
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EP
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switch
generator
main
arrangement according
switch arrangement
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Withdrawn
Application number
EP08169795A
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German (de)
French (fr)
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Lukas Zehnder
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/168—Impedances connected with contacts the impedance being inserted both while closing and while opening the switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a generator switch arrangement according to the preamble of claim 1. Such arrangements are used in power plants for producing a separable connection of generators to the electrical network.
  • Commonly known generator switch assemblies include a single SF 6 switch. Such arrangements can switch as short-circuit currents up to about 210kA at rated voltages up to about 30kV. Increasingly, however, higher switching capacities are required, in particular for switching off even higher short-circuit currents, which can not be achieved with such generator switch arrangements.
  • a generator switch arrangement with a secondary current path in which approximately a semiconductor switch made up of turn-off thyristors and a PTC resistor are connected in series is out of order EP 1 014 403 A1 known.
  • EP 1 098 332 A2 shows a similar arrangement. Because of the limited switching power of the semiconductor switches, however, only short-circuit currents of a few tens of kA can be handled with such generator switch arrangements.
  • the invention is based on the object to provide a generic generator switch arrangement, with the very high short-circuit currents, preferably of more than 210kA, can be handled at rated voltages of up to 36kV.
  • the generator switch assembly has a main current path 1, in which a main switch 2 is located and a secondary current path 3, in which in series a generator side arranged damping resistor 4 and a sub-switch 5 are.
  • a main current path 1 in which a main switch 2 is located
  • a secondary current path 3 in which in series a generator side arranged damping resistor 4 and a sub-switch 5 are.
  • the main switch 2 is designed as a closed SF 6 switch, ie as a SF 6 switch with a closed gas volume with a rated current contact arrangement and a burn-off contact arrangement parallel thereto. It may be a switch of the type HEC 7, HEC 8 or HECS ABB. These switches can break short-circuit currents of 140-160kA at a rated voltage of up to 30kV or 161-190kA at 27.5kV and 191-210kA at 25.2kV. The rated current at 50Hz mains frequency is 24kA, 28kA or 18kA. The switches come with pressures of about 6 bar and therefore require no large drives and no compressors.
  • the sub-switch 5 need not have a rated current contact arrangement. It can be about a vacuum switch, eg VE1 of the ABB, the short-circuit currents of up to 31.5kA can switch off at a rated voltage of 36kV. It is also possible to use another encapsulated SF 6 switch, eg ABB's HD4, which can handle short-circuit currents of up to 50kA with a nominal voltage of up to 40.5kV. The rated current contact arrangement provided with this switch can be omitted. Again, the eligible switch only low requirements in terms of drive and maintenance. In general, sub-switches are switches with rated voltages between 20kV and 42kV and rated currents between 2.5kA and 3.6kA, capable of handling maximum short-circuit currents between 30kA and 50kA.
  • the damping resistor 4 must be able to absorb a relatively high power.
  • it is formed as a wire resistor, which consists of a plurality of parallel resistance wires of a refractory material. Its resistance value can be between 0.1 ⁇ and 10 ⁇ . It is preferably between 1 ⁇ and 5 ⁇ .
  • the main switch 2 In a shutdown, especially in the event of a short circuit, the main switch 2 is first opened, wherein the current commutes when opening the rated current contact arrangement on the Abbrandpfad with the Abbrandcardan ever. In the separation of the Abbrand tokene an arc is drawn between them, which increases the voltage drop in the main current path 1 and causes a predominant commutation of the Maustrom path 3, which has a reduction of the current in the main current path 1 result, which deletes the arc in the main current path 1 between allowed the burn-off contacts at the next current zero crossing. After extinguishing the arc in the main current path, the current is thus completely commutated to the secondary current path 3.
  • the contact arrangement of the sub-switch 5 is opened.
  • the damping resistor 4 limited after the extinguishment of the arc in the main switch 2 under high power consumption, the short-circuit current, so that the same can be safely switched off by the relatively small sub-switch 5.
  • short-circuit currents up to 250kA can be switched off at nominal voltages up to about 36 kV with the described generator switch arrangement, whereby even the highest current requirements are met.

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

The switch arrangement has a main current path (1) with a main switch (2), which is designed as a sulfur hexafluoride-switch with a closed gas volume. An auxiliary current path (3) includes an auxiliary switch (5) e.g. vacuum switch, with switching capacity, which is lower than the main switch. The auxiliary switch is serially connected to a damping resistor (4) with a resistance value between 0.1 ohm and 10 ohm. The main switch exhibits rated voltage between 20 kilovolt and 36 kilovolt and rated current between 5 kiloampere and 50 kiloampere. An independent claim is also included for a method for operating a generator switch arrangement.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Generatorschalteranordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Anordnungen werden in Kraftwerken zur Herstellung einer trennbaren Verbindung von Generatoren mit dem elektrischen Netz eingesetzt.The invention relates to a generator switch arrangement according to the preamble of claim 1. Such arrangements are used in power plants for producing a separable connection of generators to the electrical network.

Stand der TechnikState of the art

Gewöhnlich umfassen bekannte Generatorschalteranordnungen einen einzigen SF6-Schalter. Derartige Anordnungen können etwa Kurzschlusströme bis ca. 210kA bei Nennspannungen bis ca. 30kV schalten. Zunehmend sind jedoch höhere Schaltleistungen insbesondere zur Abschaltung noch höherer Kurzschlussströme erforderlich, die mit solchen Generatorschalteranordnungen nicht erzielt werden können.Commonly known generator switch assemblies include a single SF 6 switch. Such arrangements can switch as short-circuit currents up to about 210kA at rated voltages up to about 30kV. Increasingly, however, higher switching capacities are required, in particular for switching off even higher short-circuit currents, which can not be achieved with such generator switch arrangements.

Eine Generatorschalteranordnung mit einem Nebenstrompfad, in dem etwa ein aus abschaltbaren Thyristoren aufgebauter Halbleiterschalter und ein PTC-Widerstand in Reihe liegen, ist aus EP 1 014 403 A1 bekannt. EP 1 098 332 A2 zeigt eine ähnliche Anordnung. Wegen der begrenzten Schaltleistung der Halbleiterschalter können mit derartigen Generatorschalteranordnungen jedoch nur Kurzschlussströme von einigen zehn kA bewältigt werden.A generator switch arrangement with a secondary current path in which approximately a semiconductor switch made up of turn-off thyristors and a PTC resistor are connected in series is out of order EP 1 014 403 A1 known. EP 1 098 332 A2 shows a similar arrangement. Because of the limited switching power of the semiconductor switches, however, only short-circuit currents of a few tens of kA can be handled with such generator switch arrangements.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemässe Generatorschalteranordnung anzugeben, mit der sehr hohe Kurzschlussströme, vorzugsweise von mehr als 210kA, bei Nennspannungen von bis zu 36kV bewältigt werden können.The invention is based on the object to provide a generic generator switch arrangement, with the very high short-circuit currents, preferably of more than 210kA, can be handled at rated voltages of up to 36kV.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Mit der erfindungsgemässen Generatorschalteranordnung können bei Einsatz heute verfügbarer Komponenten Kurzschlussströme bis ca. 250kA bei bis zu 36kV Nennspannung bewältigt werden. Die erfindungsgemässe Generatorschalteranordnung ist ausserdem einfach aufgebaut mit einem geschlossenen Gasvolumen und benötigt keine zusätzlichen Aggregate wie Kompressoren. Sie kommt trotz der hohen Schaltleistungen mit einem verhältnismässig klein dimensionierten Antrieb aus. Sie erfordert wenig Wartung.This object is solved by the features in the characterizing part of claim 1. With the generator circuit breaker arrangement according to the invention, short-circuit currents of up to approximately 250 kA at up to 36 kV nominal voltage can be handled when using today available components. The inventive generator switch assembly is also simple with a closed gas volume and requires no additional units such as compressors. Despite the high switching capacity, it comes with a relatively small drive. It requires little maintenance.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert.

Fig. 1
zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemässen Generatorschalteranordnung.
In the following the invention with reference to a figure, which represent only one embodiment, explained in more detail.
Fig. 1
shows schematically the basic structure of the inventive generator switch assembly.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Die Generatorschalteranordnung weist einen Hauptstrompfad 1 auf, in dem ein Hauptschalter 2 liegt sowie einen Nebenstrompfad 3, in dem in Reihe ein generatorseitig angeordneter Dämpfungswiderstand 4 und ein Nebenschalter 5 liegen. Im eingeschalteten Zustand der Generatorschalteranordnung sind sowohl der Hauptschalter 2 des Hauptstrompfad 1 als auch Nebenschalter 5 des Nebenstrompfades 3 geschlossen. Damit fliesst im eingeschalteten Zustand auch ein verhältnismäßig kleiner Strom, der durch die Größe des Dämpfungswiderstandes 5 bestimmt wird, durch den Nebenstrompfad 3.The generator switch assembly has a main current path 1, in which a main switch 2 is located and a secondary current path 3, in which in series a generator side arranged damping resistor 4 and a sub-switch 5 are. When the generator switch arrangement is switched on, both the main switch 2 of the main current path 1 and the auxiliary switch 5 of the auxiliary current path 3 are closed. Thus flows in the on state, a relatively small current, which is determined by the size of the damping resistor 5, through the secondary current path. 3

Der Hauptschalter 2 ist als geschlossener SF6-Schalter, d.h. als SF6-Schalter mit geschlossenem Gasvolumen ausgebildet mit einer Nennstromkontaktanordnung und einer dazu parallelen Abbrandkontaktanordnung. Es kann sich etwa um einen Schalter des Typs HEC 7, HEC 8 oder HECS der ABB handeln. Diese Schalter können Kurzschlussströme von 140-160kA bei einer Nennspannung von bis zu 30kV bzw. 161-190kA bei 27,5kV bzw. 191-210kA bei 25,2kV unterbrechen. Der Nennstrom beträgt bei 50Hz Netzfrequenz 24kA, 28kA bzw. 18kA. Die Schalter kommen mit Drücken von ca. 6 bar aus und benötigen daher keine großen Antriebe und keine Kompressoren. Da sie ein geschlossenes Gasvolumen aufweisen, gibt es keine Auspuffgase und die Lärmbelastung bei Schaltvorgängen ist mäßig. Die Wartungsanforderungen sind gering. Im allgemeinen sind derartige Schalter mit - je nach den Anforderungen - Nennspannungen zwischen 20kV und 36kV und Nennströmen zwischen 5kA und 30kA oder mit entsprechender Kühlung auch 50kA für die Anwendung gut geeignet. Sie sollten maximale Kurzschlussströme bewältigen, die - wiederum je nach den Anforderungen - zwischen 140kA und 210kA liegen.The main switch 2 is designed as a closed SF 6 switch, ie as a SF 6 switch with a closed gas volume with a rated current contact arrangement and a burn-off contact arrangement parallel thereto. It may be a switch of the type HEC 7, HEC 8 or HECS ABB. These switches can break short-circuit currents of 140-160kA at a rated voltage of up to 30kV or 161-190kA at 27.5kV and 191-210kA at 25.2kV. The rated current at 50Hz mains frequency is 24kA, 28kA or 18kA. The switches come with pressures of about 6 bar and therefore require no large drives and no compressors. Since they have a closed volume of gas, there are no exhaust gases and the noise level during shifts is moderate. The maintenance requirements are low. In general, such switches with - depending on the requirements - nominal voltages between 20kV and 36kV and rated currents between 5kA and 30kA or with appropriate cooling also 50kA for the application well suited. They should handle maximum short circuit currents ranging from 140kA to 210kA depending on requirements.

Der Nebenschalter 5 braucht keine Nennstromkontaktanordnung aufzuweisen. Es kann sich etwa um einen Vakuumschalter handeln, z.B. VE1 der ABB, der Kurzschlusströme von bis zu 31,5kA bei einer Nennspannung von 36kV abschalten kann. Auch der Einsatz eines weiteren gekapselten SF6-Schalters, z.B. HD4 der ABB, welcher Kurzschlussströme von bis zu 50kA bei einer Nennspannung von bis 40,5kV bewältigt, ist möglich. Die bei diesem Schalter vorgesehene Nennstromkontaktanordnung kann weggelassen werden. Auch hier stellen die in Frage kommenden Schalter nur geringe Anforderungen bezüglich Antrieb und Wartung. Im allgemeinen eignen sich als Nebenschalter Schalter mit Nennspannungen zwischen 20kV und 42kV und Nennströmen zwischen 2,5kA und 3,6kA, die maximale Kurzschlussströme zwischen 30kA und 50kA bewältigen können.The sub-switch 5 need not have a rated current contact arrangement. It can be about a vacuum switch, eg VE1 of the ABB, the short-circuit currents of up to 31.5kA can switch off at a rated voltage of 36kV. It is also possible to use another encapsulated SF 6 switch, eg ABB's HD4, which can handle short-circuit currents of up to 50kA with a nominal voltage of up to 40.5kV. The rated current contact arrangement provided with this switch can be omitted. Again, the eligible switch only low requirements in terms of drive and maintenance. In general, sub-switches are switches with rated voltages between 20kV and 42kV and rated currents between 2.5kA and 3.6kA, capable of handling maximum short-circuit currents between 30kA and 50kA.

Der Dämpfungswiderstand 4 muss eine verhältnismässig hohe Leistung aufnehmen können. Vorzugsweise ist er als Drahtwiderstand ausgebildet, der aus mehreren parallelen Widerstandsdrähten aus einem hitzebeständigen Material besteht. Sein Widerstandswert kann zwischen 0,1Ω und 10Ω liegen. Vorzugsweise beträgt er zwischen 1Ω und 5Ω.The damping resistor 4 must be able to absorb a relatively high power. Preferably, it is formed as a wire resistor, which consists of a plurality of parallel resistance wires of a refractory material. Its resistance value can be between 0.1Ω and 10Ω. It is preferably between 1Ω and 5Ω.

Bei einer Abschaltung, insbesondere im Kurzschlussfall, wird zuerst der Hauptschalter 2 geöffnet, wobei der Strom bei Öffnung der Nennstromkontaktanordnung auf den Abbrandpfad mit der Abbrandkontaktanordnung kommutiert. Bei der Trennung der Abbrandkontakte wird zwischen ihnen ein Lichtbogen gezogen, was den Spannungsabfall im Hauptstrompfad 1 vergrößert und eine überwiegende Kommutierung auf den Nebenstrompfad 3 bewirkt, die eine Verringerung des Stroms im Hauptstrompfad 1 zur Folge hat, welche eine Löschung des Lichtbogens im Haupstrompfad 1 zwischen den Abbrandkontakten beim nächsten Stromnulldurchgang gestattet. Nach der Löschung des Lichtbogens im Hauptstrompfad ist der Strom somit vollständig auf den Nebenstrompfad 3 kommutiert.In a shutdown, especially in the event of a short circuit, the main switch 2 is first opened, wherein the current commutes when opening the rated current contact arrangement on the Abbrandpfad with the Abbrandkontaktanordnung. In the separation of the Abbrandkontakte an arc is drawn between them, which increases the voltage drop in the main current path 1 and causes a predominant commutation of the Nebenstrom path 3, which has a reduction of the current in the main current path 1 result, which deletes the arc in the main current path 1 between allowed the burn-off contacts at the next current zero crossing. After extinguishing the arc in the main current path, the current is thus completely commutated to the secondary current path 3.

Zwischen 15ms und 30ms, in der Regel ca. 20ms nach der Öffnung der Abbrandkontaktanordnung des Hauptschalters 2 wird auch die Kontaktanordnung des Nebenschalters 5 geöffnet. Der Dämpfungswiderstand 4 begrenzt nach der Löschung des Lichtbogens im Hauptschalter 2 unter hoher Leistungsaufnahme den Kurzschlussstrom, so dass derselbe durch den verhältnismäßig kleinen Nebenschalter 5 sicher abgeschaltet werden kann.Between 15ms and 30ms, usually about 20ms after opening the Abbrandkontaktanordnung the main switch 2, the contact arrangement of the sub-switch 5 is opened. The damping resistor 4 limited after the extinguishment of the arc in the main switch 2 under high power consumption, the short-circuit current, so that the same can be safely switched off by the relatively small sub-switch 5.

Auf diese Weise können mit der beschriebenen Generatorschalteranordnung Kurzschlussströme bis zu 250kA bei Nennspannungen bis zu ca. 36kV abgeschaltet werden, womit auch die höchsten derzeitigen Anforderungen erfüllt werden.In this way, short-circuit currents up to 250kA can be switched off at nominal voltages up to about 36 kV with the described generator switch arrangement, whereby even the highest current requirements are met.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
HauptstrompfadMain current path
22
Hauptschaltermain switch
33
NebenstrompfadIn addition to current path
44
Dämpfungswiderstanddamping resistor
55
NebenschalterSub Power

Claims (10)

Generatorschalteranordnung mit einem Hauptstrompfad (1), der einen als SF6-Schalter mit geschlossenem Gasvolumen ausgebildeten Hauptschalter (2) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zum Hauptstrompfad (1) ein paralleler Nebenstrompfad (3) vorgesehen ist, welcher Nebenstrompfad einen Nebenschalter (5) mit einer Schaltleistung, welche niedriger ist als die des Hauptschalters (2), in Reihe mit einem Dämpfungswiderstand (4) mit einem Widerstandswert zwischen 0,1Ω und 10Ω enthält.Generator switch arrangement with a main current path (1), which comprises a SF 6 switch with a closed gas volume formed main switch (2), characterized in that the main flow path (1) a parallel Nebenstrompfad (3) is provided, which Nebenstrompfad a sub-switch (5) having a switching capacity lower than that of the main switch (2) in series with a damping resistor (4) having a resistance between 0.1Ω and 10Ω. Generatorschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungswiderstand (4) einen Widerstandswert zwischen 1Ω und 5Ω aufweist.Generator switch arrangement according to claim 1, characterized in that the damping resistor (4) has a resistance value between 1Ω and 5Ω. Generatorschalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschalter (2) eine Nennspannung zwischen 20kV und 36kV und einen Nennstrom zwischen 5kA und 50kA aufweist.Generator switch arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the main switch (2) has a nominal voltage between 20kV and 36kV and a rated current between 5kA and 50kA. Generatorschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschalter (2) so ausgelegt ist, dass Kurzschlussströme bis zu einem Maximalwert von 140kA bis 210kA schaltbar sind.Generator switch arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the main switch (2) is designed so that short-circuit currents can be switched up to a maximum value of 140kA to 210kA. Generatorschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenschalter (5) ein Vakuumschalter oder ein SF6-Schalter ist.Generator switch arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the auxiliary switch (5) is a vacuum switch or an SF 6 switch. Generatorschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenschalter (5) eine Nennspannung zwischen 20kV und 40,5kV und einen Nennstrom zwischen 2,5kA und 3,6kA aufweist.Generator switch arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the auxiliary switch (5) has a rated voltage between 20kV and 40.5kV and a rated current between 2.5kA and 3.6kA. Generatorschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenschalter (5) so ausgelegt ist, dass Kurzschlussströme bis zu einem Maximalwert von 30kA bis 50kA schaltbar sind.Generator switch arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the auxiliary switch (5) is designed so that short-circuit currents can be switched up to a maximum value of 30kA to 50kA. Generatorschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungswiderstand (4) mehrere parallele Drahtwiderstände umfasst.Generator switch arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the damping resistor (4) comprises a plurality of parallel wire wound resistors. Verfahren zum Betrieb einer Generatorschaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abschaltung zuerst der Hauptschalter (2) geöffnet wird und dann, mit Verzögerung, der Nebenschalter (5) geöffnet wird.Method for operating a generator switching arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that at a shutdown, first the main switch (2) is opened and then, with delay, the sub-switch (5) is opened. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung zwischen 15ms und 30ms beträgt.Method according to Claim 9, characterized in that the delay is between 15 ms and 30 ms.
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