EP3304670A1 - Strombegrenzereinrichtung mit spule und schalter - Google Patents

Strombegrenzereinrichtung mit spule und schalter

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Publication number
EP3304670A1
EP3304670A1 EP16734581.8A EP16734581A EP3304670A1 EP 3304670 A1 EP3304670 A1 EP 3304670A1 EP 16734581 A EP16734581 A EP 16734581A EP 3304670 A1 EP3304670 A1 EP 3304670A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
limiting
coil
short
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16734581.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schacherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3304670A1 publication Critical patent/EP3304670A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
    • H10N60/35—Cryotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/85—Superconducting active materials
    • H10N60/855—Ceramic superconductors
    • H10N60/857—Ceramic superconductors comprising copper oxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a current limiter device ⁇ direction for limiting a short-circuit current in a higher level power network, the current limiter device has a current-limiting coil means and an electrically connected to the SPU ⁇ len worn in series switch up. Furthermore, the invention relates to a method for limiting a short-circuit current in a power network with such a current limiter device.
  • Known current-limiting devices often have a current-limiting coil device which has a rapid and sudden increase in its impedance in the event of a short circuit.
  • a coil device may be a superconducting coil device, in which the collapse supralei ⁇ Tenden properties by exceeding a critical current density.
  • the impedance and the temperature of the coil device increases very quickly and automatically, without a triggered by an external control unit switching operation is required.
  • this sudden increase in the impedance is reversible, so that after elimination of the cause of the short circuit operation in the superconducting state can usually be resumed very quickly. In many cases, it only takes a very short time to wait until the superconducting conductor has been cooled again to an operating temperature below its transition temperature after the short circuit.
  • the current-limiting coil device can be designed, for example, as a resistive coil device in which the resistance of the coil rises very rapidly as a result of the breakdown of the superconducting properties.
  • the coil device can also be embodied as an inductively or inductively resistive current-limiting coil device, in which, in the event of a short circuit, a large change in the inductance of the Coil device is effected. This may be out ⁇ staltet example, as a normally conducting or superconducting inductor.
  • a superconducting secondary winding which is not part of the circuit to be protected, serve as a compensation coil which shields a magnetic field of the Dros ⁇ selspule and thus reduces the inductance of the Drosselspu ⁇ le in normal operation.
  • the superconducting properties of the compensation coil also break down, in this case by exceeding the critical current density of the induction currents. Due to this sudden change in the shielding effect of the compensation coil, in turn, the inductance of the inductor is changing rapidly and automatically, thus also the short-circuit current ⁇ in the protected circuit quickly and reversibly can be limited at.
  • the entire current limiter device can be available comparatively quickly again for a line of full current after an error correction.
  • the windings of the current-limiting coil means can be made more material-saving than would be necessary without the additional switch for protection against thermal overload.
  • the additional switch has hitherto been designed as a circuit breaker, so that, if necessary, a short-circuit current to a short circuit in the line section between the switch and coil device can be switched off by the operation of the switch.
  • a short circuit in the area between the switch and current-limiting coil means can not be limited in advance by the coil means in unfavorable configurations of the power network, but must be prevented alone or at least main ⁇ nec by the operation of the switch. Therefore, the series-connected switch is designed as Leis ⁇ processing switch that the full short circuit current at the rated voltage of the power grid reliable Power off ⁇ th may.
  • a disadvantage of such current limiting devices is that in the design of the serial switch as a power ⁇ switch in addition to the higher cost and increased space requirements, inter alia, inter alia, a comparatively high off ⁇ switching time is accepted. At a higher From ⁇ switching time of this switch but the remaining current to flow in the first step of the limited current through said coil means takes longer in the case of short circuit.
  • the coil means must therefore be dimensioned correspondingly robust to endure this limited current at least as long until the residual current through the circuit breaker is reliably switched off.
  • the object of the invention is therefore to provide a current-limiting device which overcomes the disadvantages mentioned.
  • a current limiter device should be provided which can switch from one ⁇ through the coil device already limited residual current as quickly as possible.
  • Another object is to provide a method for limiting a short-circuit current with such a current limiter device.
  • the current limiter device serves to limit a short-circuit current in a superordinate one
  • Power grid It has a current-limiting coil device and a to the coil means electrically connected in series load switch, wherein the switch is designed as a load switch.
  • said short-circuit current is understood to mean a current in connection with all common types of short circuits, ie not just a direct two-pole short circuit between two conductors of a system, but in particular also a single-pole short circuit (ground fault) between a conductor and earth, a three-pole short between three conductors of a system, a two- or three-pole short with earth contact tion, as well as a double ground fault.
  • the terms "short-circuit”, “short-circuit current” or “short-circuit case” should therefore also be understood to mean the corresponding terms of the other types of failure Strombeg ⁇ renzer driving comes as an electric component for use. So it is not about a "superordinate" in relation to the voltage level of the power grid.
  • the current-limiting coil device serves to limit a short-circuit current flowing via this coil device in a first step.
  • the purpose connected in series load switch is used to switch off the thus limited short-circuit current in a second step.
  • a load switch is understood here to be a switch whose breaking capacity is at a small multiple of its predetermined nominal current, but whose breaking capacity is not dimensioned for switching off a typical short-circuit current for a direct two-pole short circuit between two conductors of the superordinate power network.
  • Switch can be switched faster by its design as a load switch as a corresponding executed as a circuit breaker switch.
  • short-circuit current through the current limiting coil unit can be advantageously sheet redu ⁇ .
  • the current-limiting coil unit can be dimensioned even for shorter operating times under the load of the limited short-circuit current.
  • the coil device can be designed with smaller amounts of conductor material than would be possible with an interpretation ⁇ account the current limiter device with a circuit breaker. The coil device can thus cost cheaper, smaller and / or lighter running. Another advantage is that even the load switch itself can be made available cheaper than a corresponding circuit breaker.
  • a erfindungsge ⁇ Permitted current limiter device is used.
  • a short-circuit current flowing through the coil means is restricted to a predetermined limiting current by means of the coil means, and the limiting current flowing through the load switch is interrupted by opening the circuit breaker.
  • the load switches may be electrically connected with the one connection side of the coil device having the two terminal sides of the coil means in the parent network in the current limiting event the substantiallyimpedante Verbin ⁇ dung to a power source of the power system.
  • ⁇ on their words, the orientation of the switch with respect to a power source of the power grid is not arbitrary, but the switch is disposed on a side facing away from the power source of the übergeord ⁇ Neten power supply side of the coil means having the higher impedance to power source.
  • a connection side of the coil means of the current source (or several current sources on the same side of the coil device) to face, and the other terminal side of the Spu ⁇ len driven can one or more of the consumers Facing the power grid.
  • the load switch is then placed on the consumer side of the SPU ⁇ len driven.
  • the power grid is again connected to the power source in the further course of the line to form a closed circuit.
  • the connection of the coil device is higher impedance at least during current limiting than on the current source side, since the least ⁇ one consumer is arranged on this side between Spulenein- direction and current source.
  • the switch is arranged on the consumer side of the coil device in other words.
  • the essential advantage of an arrangement of the switch on the load side of the coil device is that in the case of a short circuit to a line section between switch and coil device, only the coil device and not the switch will be flowed through by the short-circuit current.
  • the short-circuit current flowing through the coil device is thus automatically limited by the coil device to a predetermined limiting current.
  • the switch can optionally be opened without the short-circuit current being switched off here. The switch must therefore not be executed as a circuit breaker for this case.
  • the switch is connected to the higher impedance connected to the at least one power source ⁇ connected connection side with the coil device.
  • this higher impedance connected side should be referred to as consumer side for the sake of simplicity.
  • the switch when there is a short circuit to a line section between the switch and the coil device on the load side, less current flows than on the opposite side of the power source.
  • the risk that one of the Coil means not limited current is so high that it can no longer be switched by the switch is gerin ⁇ ger in an arrangement of the switch on the consumer side.
  • cogeneration plants, photovoltaic installations and / or wind power plants come into consideration as further sources of power.
  • the load switch can advantageously be arranged adjacent to the coil device.
  • the interspace between the load switch and the coil device with the exception of a connecting electrical conductor, can be free of electrical components.
  • Such a directly adjacent arrangement has the advantage that a short circuit to a line section between the switch and coil device is much less likely than if there are additional electrical components in this intermediate space. The shorter the distance between the switch and coil means, the less likely is generally a short to the intervening area.
  • the current-limiting device can advantageously be free of a circuit-breaker connected in series with the coil device.
  • the load switch is then not used in addition to a conventional power switch, but instead of such a circuit breaker used.
  • costs can be saved on the switch itself, since load switches can usually be made more cost-effective than circuit breakers.
  • the current limiter ⁇ purely direction can be free of any circuit breakers accessiblestal- tet.
  • a further circuit breaker in addition to the load switch to arrange a further circuit breaker in series with the coil device.
  • This can be particularly advantageous in cases where a fast ⁇ les shift is desired by the circuit breaker to interrupt the flow of the limiting current through the coil device quickly, which on the other hand a short- can not be ruled out completely, which leads on the side of the circuit breaker to an unlimited flow of current through the load switch.
  • Such a short circuit can be so high that it can not be interrupted by the load switch alone.
  • an additional circuit breaker which is arranged on the same side as the load switch, viewed from the coil device, can ensure that even such a short circuit between the coil device and one of the two switches can be reliably interrupted.
  • the load switch can have a switching capacity which corresponds to at least one current limited by the coil device and is lower than the unlimited short-circuit current.
  • the load switch can be dimensioned such that it can effectively switch off a limiting current flowing through the coil device, but that it could not switch off the unlimited short-circuit current which would flow in the power network, for example, without the action of the coil device.
  • the switching capacity mentioned may generally be, in particular, the turn-off capability of the circuit breaker.
  • the higher-level circuit can generally be characterized by a predetermined rated current.
  • the circuit breaker may then have a switching capacity corresponding to a maximum of five times the rated current of a predetermined übergeord ⁇ Neten grid.
  • the switching ⁇ assets can be at most three times this predetermined rated current.
  • Such a switch can be exemplified not turn off an unlimited short-circuit current of a short circuit between two conductors, but it can sure turn limited by the coil device current with a much shorter response time than a borrowed for German higher to be switched currents sized power ⁇ switch.
  • the load switch can have a maximum switching capacity of 10 kA at a rated voltage of 66 kV or less.
  • Such a dimensioned load switch can advantageously be used in medium-voltage networks for switching off a current already limited by the coil device, without its switching capacity sufficient for switching off an unlimited short-circuit current for a direct short circuit between two conductors.
  • the load switch can be a maximum off time
  • the coil device can be advantageously constructed with significantly less conductor material than at a slower switching time.
  • the current limiting coil means may advantageously we ⁇ iques have a coil with a superconducting conductor material.
  • a coil device is particularly geeig ⁇ net to cause if it exceeds a threshold value for the current flowing in the power supply current a breakdown of the superconducting properties and as a consequence a rapid and reversible increase in resistance and / or the Indukti ⁇ tivity of the coil device.
  • the superconductor can be arranged either as part of the superordinate power network, for example in a coil connected in series with the load switch. In these cases, the ohmic resistance of this series-connected coil can be kept extremely low.
  • the superconductor can also be arranged in a compensation coil inductively coupled to the superordinate power grid.
  • the superconducting conductor material may advantageously comprise a high-temperature superconductor ⁇ .
  • High-temperature superconductors are superconducting materials with a cracking temperature above 25 K and in some classes of materials, such as cuprate superconductors, above 77 K, where the operating temperature can be reached by cooling with other cryogenic materials than liquid helium .
  • the high-temperature superconductor may comprise, for example, magnesium diboride or an oxide-ceramic superconductor, for example a compound of the REBa 2 Cu 30 x (REBCO) type, where RE stands for a rare-earth element or a mixture of such elements.
  • the current-limiting device may comprise a cryostat, both at least part of the current-limiting coil device and at least one isolating path of the circuit breaker being arranged inside the cryostat.
  • the strombe ⁇ bordering coil means comprises a coil with a superconducting conductor material. This coil can then be cooled by the cryostat to an operating temperature below the cracking temperature of the superconductor.
  • An arrangement of the separation path of the circuit breaker in the same cryostat is therefore particularly advantageous because then the probability ⁇ probability of a striking in the area between the coil device and load switch short circuit can be largely reduced. The switch then no longer necessarily be dimensioned so that it could turn off an unlimited short-circuit current.
  • An optional mechanical drive of the circuit breaker can also, but does not necessarily have to be arranged in the cryostat. To take advantage in avoiding unfavorable
  • the current-limiting device can advantageously have at least two current-limiting coil devices, wherein the load switch is arranged between the two coil devices.
  • the two current-limiting coil devices can in particular be electrically connected in series with one another and with the switch. With such a butterfly-like configuration is for each of the two coil means the consumer side, so that Be ⁇ te with the higher limit in the case of impedance to a Power source of the power network, the other coil ⁇ device facing side.
  • the arranged between the at ⁇ the switch coil means with respect to both coil means is disposed on the consumer side.
  • each of the two coils can be constructed with much less conductor material, in particular also with significantly less than half of the conductor material are built up than it is for a current limiter device with only one coil means in series would be needed with a circuit breaker. This is re ⁇ rum at substantially shorter switching time of the load switch, so that a total of conductor material, in particular superconducting conductor material may be saved.
  • the load switch with the exception of the conductive connection is arranged as the only electrical component between the two current-limiting coil devices.
  • each of the two current-limiting coil devices comprises a superconducting conductor material.
  • rial and at least the superconducting parts of the coil means are arranged together with the circuit breaker in a parent cryostat at ⁇ .
  • the current limiter device can have a normal-conducting parallel impedance, which is electrically connected in parallel to the current-limiting coil device and to the load switch.
  • Such a parallel impedance can advantageously serve to keep the electrical losses in the current-limiting coil device low in the case of limitation.
  • the resistance of the coil device may be relatively high after a collapse of the superconducting properties.
  • ⁇ against this parallel path hardly contributes to the current transportation because the parallel impedance is generally much higher than the excluded impedance of the current limiting coil device.
  • a residual current limited by its impedance can then flow via the parallel impedance even after the switch has been opened, without the superconducting coil device still being loaded.
  • the current-limiting coil device may be a resistive current-limiting coil device. It can be characterized in particular by the features described in the introduction in connection with the prior art for this current limiter type.
  • the current-limiting coil device may be an inductively or inductively-resistive current-limiting coil device.
  • FIG. 2 shows a schematic equivalent circuit diagram of a current-limiting device according to a second exemplary embodiment
  • Figure 3 shows a schematic equivalent circuit diagram of a first ordered on ⁇ power network with two exemplary short-circuit points
  • Figure 4 shows a schematic equivalent circuit diagram of a first ordered on ⁇ power grid with a third beispielhaf ⁇ th short-circuit point
  • Figure 5 is a schematic equivalent circuit diagram of a second
  • Parent 6 shows a schematic equivalent circuit diagram of a third
  • FIG. 7 shows a schematic equivalent circuit diagram of the third superordinate power network with an alternative short-circuit point.
  • FIG. 1 shows a schematic equivalent circuit diagram with a current limiter device 3 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the current-limiting device has a current-limiting coil device 5, which is electrically connected in series with a switch 7.
  • the ⁇ se two components are electrically with an additional Parallel impedance 17 connected in parallel.
  • These three electrical components shown are the essential functional components of the current limiter device 3 according to this first embodiment of the invention, but the parallel impedance 17 is optional.
  • the choke coil may either itself comprise a superconducting conductor material, and / or it may be provided with an additional compensation coil whose conductor material is superconducting.
  • the arrangement of at least the superconducting part in a cryostat is expedient. Therefore, in the example shown, the ge ⁇ entire superconducting current limiting coil means in the cryostat 15 is arranged, which also surrounds the maral ⁇ ended in series switch 7 here.
  • the switch may be optionally arranged outside the cryostat 15, because it has kei ⁇ NEN superconductor.
  • An arrangement in the cryostat 15, as shown here, is advantageous, however, in order to reduce the risk of a short circuit occurring in the region between the coil device and the switch.
  • the switch 7 is designed as a load switch and has a Ausschalteigen ⁇ time below 30 ms and a breaking capacity below 10 kA.
  • the load switch 7 is arranged on the so-called consumer side 9b of the coil device 5 and facing away from the so-called current source side 9a, wherein the consumer side in a higher-level circuit a higher-impedance connection with a current source of the current ⁇ circle has as the power source side.
  • FIG. 2 shows a schematic example of a current-limiting device according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • This current limiter device has a similar construction to that of the first exemplary embodiment, but in addition to a first 5a it also has a second current-limiting device.
  • Zende coil means 5b wherein the load switch 7 is connected between these two coil means 5a and 5b electrically in series.
  • These three components 5a, 5b and 7 are in turn arranged together within a cryostat 15, with which superconducting conductor elements of the current limits ⁇ the coil devices can be cooled.
  • the outer sides of the coil devices 5a and 5b are now the current source sides 9a and the inner sides are the consumer sides 9b, since in the limiting case, the two coil devices 9a and 9b act as high resistances, for example, if the superconducting properties by exceeding predetermined current threshold collapse.
  • the consumer side of the two coil means 5a and 5b lie also in-NEN, if this butterfly-like-structured current limiter ⁇ device 3 is arranged in a more complex power supply system having a plurality of current sources and a plurality of consumers, as will be shown below.
  • FIG. 3 shows a schematic single-phase equivalent circuit diagram of a first simplified illustrated parent power supply 1 with a current limiter device 3 according to the present invention, a current source 11 and a load 13.
  • Power source 11 and load 13 can in this case in each case also exemplary of a plurality of current sources relationship ⁇ as consumer stand.
  • the current limiter device 3 in turn comprises a current-limiting coil device 5 and a load switch 7, which are arranged together in a cryostat 15. It thus essentially corresponds to the current limiter device 3 from the example of FIG. 1, but without the optional parallel impedance, which is not shown here for the sake of clarity.
  • Fi gur 1 ⁇ switching the load 7 is arranged on the consumer side 9b of the coil means.
  • a first possible short-circuit position 19a corresponds to a short circuit which connects the two conductors in the vicinity of the current source 11. Such a short circuit leads in the illustrated power grid 1 to a high short-circuit current, which is not limited by the devices shown. The power grid 1 is therefore not ge ⁇ protects against such power source side shorts.
  • a second possible shorting position 19b corresponds to a short circuit between the two conductors on the
  • the power ⁇ network is protected by the intermediate current limiter device.
  • a short circuit of the type 19b of the Ver ⁇ consumers 13 is bypassed, and initially it flows a very higher short-circuit current by the current limiting coil means 5, which is, however, very fast limited to a predetermined limit current, for example by a together ⁇ lapsing of the superconducting properties of the conductor part in the coil device 5.
  • the opening of the load ⁇ switch 7 is triggered in a detection of such a short circuit case, whereby the time of the current flowing through the coil ⁇ device limiting current is kept very small.
  • this time can be kept much smaller than when turning off with a dimensioned for higher breaking current circuit breaker.
  • the current-limiting coil device 5 can be dimensioned smaller, since heating by the limiting current flowing in the coil device 5 is effectively minimized over the short duration. Since the short-circuit current at a short circuit of the type 19b be ⁇ already limited by the coil means 5 before it is turned off by the load switch 7, this switch must not be designed for switching off the full short-circuit current. This consideration applies to a short circuit of the type 19b in general, regardless of whether the load ⁇ switch 7 is located on the power source side 9a or the consumer side 9b of the coil means 5.
  • Figure 4 shows the same schematic equivalent circuit ⁇ image of the first higher-level power supply 1, similarly as in FIG 4.
  • a third exemplary short circuit type is shown in which a connection of two conductor takes place at the short-circuit position 19c so that a short-circuit is triggered to a region between the coil device 5 and the load switch 7 of the current limiter device 3.
  • an annularly closed short-circuit current flows along the schematically shown short-circuit current path I k .
  • This annular short-circuit current is limited by the coil device 5 to a predetermined limiting current, similar to the short circuit 19b of FIG.
  • a subsequent opening of the load switch 7 is then not required because the current I k does not flow through the load switch 7 due to the position of the short circuit. Opening of the load switch 7 is optional in such a case. It is essential that even in the case of a sol ⁇ chen short circuit between the components of the current limiting circuit breaker of zer adopted no current above the predetermined current limit must be off. This is achieved by its arrangement on the consumer side 9b of the coil device 5.
  • Figure 6 shows a schematic equivalent circuit diagram of drit ⁇ th parent power supply 1 with an alternative
  • the current limiter device 3 comprises two current-limiting coil devices 5a and 5b and a load switch 7 connected therebetween, which are arranged together in a cryostat 15. It thus essentially corresponds to the current limiter device 3 from the example of FIG. 2, but again without the optional parallel impedance, which is not shown here for the sake of clarity.
  • the third superordinate power grid 1 is a more complex power grid with at least two power sources IIa and IIb and a plurality of consumers 13. For the entire current limiter device 3 so are a consumer side and a power source side is not so unique to as in the simpler grids of Figures 3 to 5.
  • the facing of the other coil means 5b or 5a page as consumer side 9b and the thereof from ⁇ facing page as Current source page 9a are considered, as at least in the limiting case after an increase in the impedance of the respective coil means 5b or 5a, this is the higher-impedance side.
  • FIG. 6 also schematically shows a first short-circuit current path I a flowing in the short-circuit at the position 19 a , which results for the current fed from the first current source II a .
  • the second short-circuit current path for the current fed in from the second current source IIb is indicated by I b .
  • the current network is not protected against the current flowing on the first short-circuit current path 19a, as in the example of FIG. 3, since the current-limiting device 3 is not located on this path.
  • the current-limiting device 3 unfolds its full effect and limits the short-circuit current initially to the predetermined limiting current due to the effect of the two coil devices 5a and 5b, the fully limited current subsequently being completely provided by the load switch 7 can be interrupted.
  • FIG. 7 shows the same power network 1 as in FIG. 6, but with a short circuit at an alternative short-circuit position 19c, that is to say again to a line region which is arranged between a coil device 5a and the load switch.
  • a short-circuit results in several sub-streams, one of which fed by the first current source IIa short circuit current path Ia and the current supplied by the second current source IIb path I b is referred to again.
  • a limitation by the respective in Current path lying coil means 5a or 5b to the predetermined limiting current instead.
  • this limiting current in a subsequent
  • Step by the load switch 7 are effectively interrupted because the load switch 7 is indeed designed for interrupting the already limited current.
  • Step by the load switch 7 are completely interrupted, without this must necessarily be designed for the interruption of the full, not yet limited by coil devices short-circuit current. If a short circuit at the positions 19c can not be closed off with sufficient certainty, therefore, is an arrangement of the load switch 7 on one 9a of the power source side derand ⁇ th consumer side 9b of the respective coil means 5, 5a, 5b suitably. It may also be useful for the example of FIG. 7 to insert two further load switches, not shown here, on both sides 9a between the actual current limiter device 3 and the current sources IIa and IIb, in order to close the short circuit at the point 19c or a corresponding point next to the second coil device 5b to dominate. In this case, even in the butterfly arrangement according to FIG. 7, the short-circuit current for all short-circuit types can be quickly interrupted for the respective coil devices 5a and 5b.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Strombegrenzereinrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem übergeordneten Stromnetz angegeben. Die Strombegrenzereinrichtung weist eine strombegrenzende Spuleneinrichtung und einen zu der Spuleneinrichtung elektrisch in Serie geschalteten Lastschalter auf, wobei der Schalter als Lastschalter ausgebildet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem Stromnetz mit einer solchen Strombegrenzereinrichtung angegeben, bei dem ein durch die Spuleneinrichtung fließender Kurzschlussstrom mit Hilfe der Spuleneinrichtung auf einen vorgegebenen Begrenzungsstrom begrenzt und der durch den Lastschalter fließende Begrenzungsstrom durch ein Öffnen des Lastschalters unterbrochen wird.

Description

Beschreibung
Strombegrenzereinrichtung mit Spule und Schalter Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strombegrenzerein¬ richtung zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem übergeordneten Stromnetz, wobei die Strombegrenzereinrichtung eine strombegrenzende Spuleneinrichtung und einen zu der Spu¬ leneinrichtung elektrisch in Serie geschalteten Schalter auf- weist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem Stromnetz mit einer derartigen Strombegrenzereinrichtung .
Bekannte Strombegrenzereinrichtungen weisen oft eine strombe- grenzende Spuleneinrichtung auf, die in einem Kurzschlussfall einen schnellen und sprunghaften Anstieg ihrer Impedanz aufweist. Insbesondere kann eine solche Spuleneinrichtung eine supraleitende Spuleneinrichtung sein, bei der die supralei¬ tenden Eigenschaften durch Überschreitung einer kritischen Stromdichte zusammenbrechen. Hierdurch steigt die Impedanz und die Temperatur der Spuleneinrichtung sehr schnell und selbsttätig an, ohne dass ein durch eine äußere Steuereinheit ausgelöster Schaltvorgang benötigt wird. Weiterhin ist diese plötzliche Erhöhung der Impedanz reversibel, so dass nach einer Beseitigung der Ursache des Kurzschlusses ein Betrieb im supraleitenden Zustand meist sehr schnell wieder aufgenommen werden kann. In vielen Fällen muss nur eine sehr kurze Zeit abgewartet werden, bis der supraleitende Leiter nach dem Kurzschlussfall erneut auf eine Betriebstemperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur gekühlt wurde.
Die strombegrenzende Spuleneinrichtung kann beispielsweise als resistive Spuleneinrichtung ausgebildet sein, bei der durch Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften der Wi- derstand der Spule sehr schnell ansteigt. Alternativ kann die Spuleneinrichtung auch als induktiv oder induktiv-resistiv strombegrenzende Spuleneinrichtung ausgebildet sein, bei der im Kurzschlussfall eine starke Änderung der Induktivität der Spuleneinrichtung bewirkt wird. Diese kann beispielsweise als normalleitende oder auch supraleitende Drosselspule ausge¬ staltet sein. Zusätzlich kann eine supraleitende Sekundärwicklung, die nicht Teil des zu schützenden Stromkreises ist, als Kompensationsspule dienen, die ein Magnetfeld der Dros¬ selspule abschirmt und somit die Induktivität der Drosselspu¬ le im Normalbetrieb erniedrigt. Bei einem Kurzschlussfall brechen auch die supraleitenden Eigenschaften der Kompensationsspule zusammen, in diesem Fall durch ein Überschreiten der kritischen Stromdichte der Induktionsströme. Durch diese plötzliche Änderung in der Abschirmwirkung der Kompensationsspule ändert sich wiederum die Induktivität der Drosselspule schnell und selbsttätig, wodurch auch hier der Kurzschluss¬ strom in dem zu schützenden Stromkreis schnell und reversi- bei begrenzt werden kann. Alternativ zu einem solchen Strombegrenzer mit einer supraleitenden Spule können auch andere Möglichkeiten zur Änderung der Induktivität zum Einsatz kommen. Ein weiteres Beispiel ist durch das bekannte Konzept der sogenannten Erdschlusslöschspule gegeben. Bei solchen Erd- schlusslöschspulen kann ein verfahrbarer eisenhaltiger Kern, ein sogenannter Tauchkern, in das Spulenzentrum der Drosselspule eingebracht oder wieder daraus entfernt werden. Auch diese Weise kann die Induktivität der Drosselspule variiert werden .
Allen diesen Varianten von bekannten Strombegrenzereinrichtungen ist gemeinsam, dass über eine im Stromkreis zwischengeschaltete Spuleneinrichtung ein Kurzschlussstrom wirksam begrenzt werden kann. Diese meist automatische Begrenzung stellt den ersten Schritt zum Schutz des Stromnetzes dar. In einem zweiten Schritt wird dann typischerweise durch Öffnen eines in mit der Spuleneinrichtung in Serie geschalteten Leistungsschalters auch der verbleibende Strom durch die Spu¬ leneinrichtung abgeschaltet, und zwar typischerweise mindes- tens so lange, bis die Ursache des Kurzschlusses behoben ist. Bei Strombegrenzereinrichtungen mit supraleitenden Spulen ist ein Vorteil eines solchen in Serie geschalteten Schalters da¬ rin zu sehen, dass durch ein Öffnen dieses Schalters die Zeit, in der Strom durch einen normalleitend gewordenen Supraleiter fließt, auf eine sehr kurze Dauer beschränkt werden kann und hierdurch Schädigungen am supraleitenden Material, beispielsweise durch thermische Überlastung, wirksam verhin- dert werden können. Durch dieses zweistufige Begrenzungs- und Schaltsystem kann die gesamte Strombegrenzereinrichtung nach einer Fehlerbehebung vergleichsweise schnell wieder für eine Leitung des vollen Stroms zur Verfügung stehen. Gleichzeitig können die Wicklungen der strombegrenzenden Spuleneinrichtung materialsparender ausgestaltet werden, als es ohne den zusätzlichen Schalter zum Schutz vor thermischer Überlastung nötig wäre.
Nach dem Stand der Technik wird der zusätzliche Schalter bisher als Leistungsschalter ausgeführt, damit notfalls auch ein Kurzschlussstrom zu einem Kurzschluss im Leitungsabschnitt zwischen Schalter und Spuleneinrichtung durch die Betätigung des Schalters ausgeschaltet werden kann. Ein solcher Kurzschluss im Bereich zwischen Schalter und strombegrenzender Spuleneinrichtung kann nämlich in ungünstigen Konfigurationen des Stromnetzes nicht mehr vorab durch die Spuleneinrichtung begrenzt werden, sondern muss allein oder zumindest haupt¬ sächlich durch die Betätigung des Schalters unterbunden werden. Deshalb wird der in Serie geschaltete Schalter als Leis¬ tungsschalter ausgelegt, der den vollen Kurzschlussstrom bei der Bemessungsspannung des Stromnetzes zuverlässig ausschal¬ ten kann.
Nachteilig bei derartigen Strombegrenzungseinrichtungen ist, dass bei der Auslegung des seriellen Schalters als Leistungs¬ schalter neben den höheren Kosten und einem erhöhten Platzbedarf unter anderem auch u.a. eine vergleichsweise hohe Aus¬ schaltzeit in Kauf genommen wird. Bei einer höheren Aus¬ schaltzeit dieses Schalters dauert aber im Kurzschlussfall der verbleibende Stromfluss des im ersten Schritt begrenzten Stromes durch die Spuleneinrichtung länger. Die Spuleneinrichtung muss also entsprechend robust dimensioniert werden, um diesen begrenzten Strom mindestens so lange aushalten zu können, bis der Reststrom durch den Leistungsschalter zuverlässig ausgeschaltet ist. Insbesondere bei strombegrenzenden Spuleneinrichtungen mit supraleitenden Spulenwicklungen führt dies zu einer hohen Belastung des supraleitenden Materials und zu höheren benötigten Mengen an supraleitendem Leitermaterial, als dies bei einem schnelleren Schalter der Fall wäre .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Strombegrenzerein- richtung anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine Strombegrenzereinrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche einen durch die Spuleneinrichtung bereits begrenzten Reststrom möglichst schnell aus¬ schalten kann.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms mit einer solchen Strombegrenzereinrichtung anzugeben. Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene
Strombegrenzereinrichtung und das in Anspruch 15 beschriebene Verfahren gelöst.
Die erfindungsgemäße Strombegrenzereinrichtung dient zur Be- grenzung eines Kurzschlussstroms in einem übergeordneten
Stromnetz. Sie weist eine strombegrenzende Spuleneinrichtung und einen zu der Spuleneinrichtung elektrisch in Serie geschalteten Lastschalter auf, wobei der Schalter als Lastschalter ausgebildet ist.
Unter dem genannten Kurzschlussstrom soll dabei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Strom im Zusammenhang mit allen gängigen Arten von Kurzschlüssen verstanden werden, also nicht nur ein direkter zweipoliger Kurzschluss zwischen zwei Leitern eines Systems, sondern insbesondere auch ein einpoliger Kurzschluss (Erdschluss) zwischen einem Leiter und Erde, ein dreipoliger Kurzschluss zwischen drei Leitern eines Systems, ein zwei- oder dreipoliger Kurzschluss mit Erdberüh- rung, sowie ein Doppelerdschluss . Unter den Begriffen „Kurz- schluss", „Kurzschlussstrom" oder „Kurzschlussfall" sollen daher ebenso die entsprechenden Begriffe der anderen Fehlerarten verstanden werden. Der Begriff „übergeordnetes Strom- netz" ist im vorliegenden Zusammenhang allgemein als Stromnetz zu verstehen, in welchem die erfindungsgemäße Strombeg¬ renzereinrichtung als elektrisches Bauteil zum Einsatz kommt. Es geht dabei also nicht um ein „übergeordnet" in Bezug auf die Spannungsebene des Stromnetzes.
In der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung dient die strombegrenzende Spuleneinrichtung zur Begrenzung eines über diese Spuleneinrichtung fließenden Kurzschlussstroms in einem ersten Schritt. Der hierzu in Serie geschaltete Lastschalter dient zum Abschalten des derart begrenzten Kurzschlussstroms in einem zweiten Schritt. Unter einem Lastschalter wird hier ein Schalter verstanden, dessen Ausschaltvermögen bei einem kleinen Vielfachen seines vorgegebenen Nennstroms ist, dessen Ausschaltvermögen aber nicht für das Ausschalten eines typi- sehen Kurzschlussstroms für einen direkten zweipoligen Kurz- schluss zwischen zwei Leitern des übergeordneten Stromnetzes dimensioniert ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Strombegrenze- reinrichtung liegt darin, dass der in Serie geschaltete
Schalter durch seine Ausführung als Lastschalter schneller geschaltet werden kann als ein entsprechender als Leistungsschalter ausgeführter Schalter. Durch die entsprechend schnellere Ausschalteigenzeit kann die Dauer für den Fluss eines in einem ersten Schritt begrenzten Kurzschlussstroms durch die strombegrenzende Spuleneinheit vorteilhaft redu¬ ziert werden. Hierdurch kann die strombegrenzende Spuleneinheit selbst für geringere Betriebszeiten unter der Belastung des begrenzten Kurzsschlussstroms dimensioniert werden. Ins- besondere kann die Spuleneinrichtung mit geringeren Mengen an Leitermaterial ausgestaltet werden, als dies bei einer Ausle¬ gung der Strombegrenzereinrichtung mit einem Leistungsschalter möglich wäre. Die Spuleneinrichtung kann somit kosten- günstiger, kleiner und/oder leichter ausgeführt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auch der Lastschalter selbst kostengünstiger zur Verfügung gestellt werden kann als ein entsprechender Leistungsschalter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem Stromnetz wird eine erfindungsge¬ mäße Strombegrenzereinrichtung verwendet. In einem Kurzschlussfall wird ein durch die Spuleneinrichtung fließender Kurzschlussstrom mit Hilfe der Spuleneinrichtung auf einen vorgegebenen Begrenzungsstrom begrenzt, und der durch den Lastschalter fließende Begrenzungsstrom wird durch ein Öffnen des Lastschalters unterbrochen. Die Vorteile des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschrie- benen Vorteilen der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen der Strombegrenzereinrichtung und des Verfahrens vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
So kann der Lastschalter elektrisch mit derjenigen Anschluss- seite der Spuleneinrichtung verbunden sein, welche von den beiden Anschlussseiten der Spuleneinrichtung im übergeordneten Stromnetz im Begrenzungsfall die höherimpedante Verbin¬ dung mit einer Stromquelle des Stromnetzes aufweist. Mit an¬ deren Worten ist die Orientierung des Schalters bezüglich einer Stromquelle des Stromnetzes nicht willkürlich, sondern der Schalter ist auf einer von der Stromquelle des übergeord¬ neten Stromnetzes abgewandten Seite der Spuleneinrichtung angeordnet, welche die höhere Impedanz zu Stromquelle aufweist. Beispielsweise kann in einem relativ einfachen Stromnetz eine Anschlussseite der Spuleneinrichtung der Stromquelle (oder mehren Stromquellen auf derselben Seite der Spuleneinrichtung) zugewandt sein, und die andere Anschlussseite der Spu¬ leneinrichtung kann einem oder mehreren Verbrauchern des Stromnetzes zugewandt sein. Bei der genannten Ausführungsform ist der Lastschalter dann auf der Verbraucherseite der Spu¬ leneinrichtung angeordnet. Auch auf der Verbraucherseite ist das Stromnetz im weiteren Verlauf der Leitung wieder mit der Stromquelle verbunden, um einen geschlossenen Stromkreis auszubilden. Auf dieser Verbraucherseite ist aber die Verbindung der Spuleneinrichtung zumindest während einer Strombegrenzung höherimpedant als auf der Stromquellenseite, da der wenig¬ stens eine Verbraucher auf dieser Seite zwischen Spulenein- richtung und Stromquelle angeordnet ist. Bei einem einfachen Stromnetz mit einer Stromquellenseite und einer Verbraucherseite ist also mit anderen Worten der Schalter auf der Verbraucherseite der Spuleneinrichtung angeordnet.
Der wesentliche Vorteil einer Anordnung des Schalters auf der Verbraucherseite der Spuleneinrichtung ist, dass bei einem Kurzschluss zu einem Leitungsabschnitt zwischen Schalter und Spuleneinrichtung nur die Spuleneinrichtung und nicht der Schalter vom Kurzschlussstrom durchflössen wird. Der durch die Spuleneinrichtung fließende Kurzschlussstrom wird somit durch die Spuleneinrichtung selbsttätig auf einen vorgegeben Begrenzungsstrom begrenzt. Der Schalter kann zusätzlich optional geöffnet werden, ohne dass hier jedoch der Kurzschlussstrom ausgeschaltet werden würde. Der Schalter muss für diesen Fall also nicht als Leistungsschalter ausgeführt werden .
Auch bei komplexeren Stromnetzen mit mehreren Stromquellen und/oder mehreren Verbrauchern auf beiden Anschlussseiten der Spuleneinrichtung ist es vorteilhaft, wenn der Schalter auf der höherimpedant mit der wenigstens einen Stromquelle ver¬ bundenen Anschlussseite mit der Spuleneinrichtung verbunden ist. Auch hier soll diese mit höherer Impedanz verbundene Seite der Einfachheit halber als Verbraucherseite bezeichnet werden. In diesem Fall fließt bei einem Kurzschluss zu einem Leitungsabschnitt zwischen Schalter und Spuleneinrichtung auf der Verbraucherseite ein geringerer Strom als auf der gegenüberliegenden Stromquellenseite. Das Risiko, dass ein von der Spuleneinrichtung nicht begrenzter Strom so hoch ist, dass er von dem Schalter nicht mehr geschaltet werden kann, ist bei einer Anordnung des Schalters auf der Verbraucherseite gerin¬ ger. Als weitere Stromquellen kommen in einem solchen komple- xeren Stromnetz beispielsweise Kraftwärmekopplungsanlagen, Photovoltaikanlagen und/oder Windkraftanlagen in Frage.
Der Lastschalter kann vorteilhaft benachbart zur Spuleneinrichtung angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Zwi- schenraum zwischen Lastschalter und Spuleneinrichtung mit Ausnahme eines verbindenden elektrischen Leiters frei von elektrischen Bauteilen sein. Eine solche direkt benachbarte Anordnung hat den Vorteil, dass ein Kurzschluss hin zu einem Leitungsabschnitt zwischen Schalter und Spuleneinrichtung we- sentlich unwahrscheinlicher ist, als wenn sich noch zusätzliche elektrische Bauteile in diesem Zwischenraum befinden. Je kürzer der Abstand zwischen Schalter und Spuleneinrichtung, desto unwahrscheinlicher ist im Allgemeinen ein Kurzschluss in den dazwischen liegenden Bereich.
Die Strombegrenzereinrichtung kann vorteilhaft frei von einem zur Spuleneinrichtung in Serie geschalteten Leistungsschalter sein. Mit anderen Worten kommt der Lastschalter dann nicht zusätzlich zu einem herkömmlichen Leistungsschalter, sondern anstelle eines solchen Leistungsschalter zum Einsatz. Hierdurch können beim Schalter selbst Kosten gespart werden, da Lastschalter meist kostengünstiger ausgeführt werden können als Leistungsschalter. Insbesondere kann die Strombegrenze¬ reinrichtung frei von jeglichen Leistungsschaltern ausgestal- tet werden.
Alternativ kann es aber auch in manchen Fällen vorteilhaft sein, zusätzlich zum Lastschalter einen weiteren Leistungsschalter in Serie zur Spuleneinrichtung anzuordnen. Dies kann insbesondere in den Fällen günstig sein, in denen ein schnel¬ les Schalten durch den Lastschalter erwünscht ist, um den Fluss des Begrenzungsstroms durch die Spuleneinrichtung schnell zu unterbrechen, bei denen andererseits ein Kurz- schluss nicht völlig ausgeschlossen werden kann, der auf der Seite des Lastschalters zu einem unbegrenzten Stromfluss durch den Lastschalter führt. Ein solcher Kurzschlussstorm kann so hoch sein, dass er durch den Lastschalter alleine nicht unterbrochen werden kann. In solchen Fällen kann ein zusätzlicher Leistungsschalter, der von der Spuleneinrichtung aus gesehen auf der gleichen Seite wie der Lastschalter angeordnet ist, dafür sorgen, dass auch ein solcher Kurzschluss zwischen Spuleneinrichtung und einem der beiden Schalter zu- verlässig unterbrochen werden kann.
Der Lastschalter kann ein Schaltvermögen aufweisen, welches wenigstens einem durch die Spuleneinrichtung begrenzten Strom entspricht und niedriger ist als der unbegrenzte Kurzschluss- ström. Mit anderen Worten kann der Lastschalter so dimensioniert sein, dass er einen durch die Spuleneinrichtung fließenden Begrenzungsstrom wirksam ausschalten kann, dass er aber nicht den unbegrenzten Kurzschlussstrom ausschalten könnte, der beispielsweise ohne Einwirkung der Spuleneinrich- tung im Stromnetz fließen würde. Bei dem genannten Schaltvermögen kann es sich allgemein insbesondere um das Ausschalt¬ vermögen des Lastschalters handeln.
Der übergeordnete Stromkreis kann allgemein durch einen vor- gegebenen Nennstrom gekennzeichnet sein. Der Lastschalter kann dann ein Schaltvermögen aufweisen, welches höchstens einem Fünffachen eines vorgegebenen Nennstroms des übergeord¬ neten Stromnetzes entspricht. Insbesondere kann das Schalt¬ vermögen bei höchstens dem Dreifachen dieses vorgegebenen Nennstroms liegen. Ein solcher Schalter kann einen unbegrenzten Kurzschlussstrom beispielhaft für einen Kurzschluss zwischen zwei Leitern nicht abschalten, er kann jedoch dafür einen durch die Spuleneinrichtung begrenzten Strom mit einer wesentlich kürzeren Schaltzeit ausschalten als ein für deut- lieh höhere zu schaltende Ströme dimensionierter Leistungs¬ schalter . Der Lastschalter kann bei einer Bemessungsspannung von 66 kV oder weniger ein Schaltvermögen von höchstens 10 kA aufweisen. Ein derart dimensionierter Lastschalter kann vorteilhaft in Mittelspannungsnetzen zum Abschalten eines bereits durch die Spuleneinrichtung begrenzten Stroms verwendet werden, ohne dass sein Schaltvermögen für die Abschaltung eines unbegrenzten Kurzschlussstroms für einen direkten Kurzschluss zwischen zwei Leitern ausreicht. Der Lastschalter kann eine Ausschalteigenzeit von maximal
70 ms, insbesondere maximal 30 ms aufweisen. Bei Verwendung eines derart schnellen Schalters kann die Spuleneinrichtung vorteilhaft mit deutlich weniger Leitermaterial aufgebaut werden als bei einer langsameren Schaltzeit.
Die strombegrenzende Spuleneinrichtung kann vorteilhaft we¬ nigstens eine Spule mit einem supraleitenden Leitermaterial aufweisen. Eine solche Spuleneinrichtung ist besonders geeig¬ net, um bei einem Überschreiten eines Schwellwertes für den im Stromnetz fließenden Strom einen Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften und als Folge davon einen schnellen und reversiblen Anstieg des Widerstands und/oder der Indukti¬ vität der Spuleneinrichtung zu bewirken. Dabei kann der Supraleiter entweder als Teil des übergeordneten Stromnetzes an- geordnet sein, beispielsweise in einer mit dem Lastschalter in Serie geschalteten Spule. In diesen Fällen kann der ohm- sche Widerstand dieser in Serie geschalteten Spule äußerst gering gehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Supraleiter auch in einer mit dem übergeordneten Stromnetz induktiv gekoppelten Kompensationsspule angeordnet sein.
Das supraleitende Leitermaterial kann vorteilhaft einen Hoch¬ temperatursupraleiter aufweisen. Hochtemperatursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtempera- tur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, oberhalb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryo- genen Materialien als flüssigem Helium erreicht werden kann. Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise Magnesium- diborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielsweise eine Verbindung des Typs REBa2Cu30x (kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mi- schung solcher Elemente steht.
Die Strombegrenzereinrichtung kann einen Kryostaten aufweisen, wobei sowohl wenigstens ein Teil der strombegrenzenden Spuleneinrichtung als auch zumindest eine Trennstrecke des Lastschalters innerhalb des Kryostaten angeordnet sind. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die strombe¬ grenzende Spuleneinrichtung eine Spule mit einem supraleitenden Leitermaterial aufweist. Diese Spule kann dann durch den Kryostaten auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Sprung- temperatur des Supraleiters gekühlt werden. Eine Anordnung der Trennstrecke des Lastschalters in demselben Kryostaten ist deshalb besonders vorteilhaft, weil dann die Wahrschein¬ lichkeit eines in den Bereich zwischen Spuleneinrichtung und Lastschalter treffenden Kurzschlusses weitestgehend reduziert werden kann. Der Schalter muss dann auch nicht mehr zwangsläufig so dimensioniert werden, dass er einen noch unbegrenzten Kurzschlussstrom ausschalten könnte. Ein gegebenenfalls vorhandener mechanischer Antrieb des Lastschalters kann ebenfalls, muss dabei nicht zwangsläufig im Kryostaten angeordnet sein. Um die Vorteile bei der Vermeidung von ungünstigen
Kurzschlüssen zu erreichen, genügt es, wenn die Trennstrecke des Schalters im Kryostaten angeordnet ist und der Antrieb außerhalb liegt. Die Strombegrenzereinrichtung kann vorteilhaft wenigstens zwei strombegrenzende Spuleneinrichtungen aufweisen, wobei der Lastschalter zwischen den beiden Spuleneinrichtungen angeordnet ist. Die beiden strombegrenzenden Spuleneinrichtungen können insbesondere untereinander sowie mit dem Schalter elektrisch in Serie geschaltet sein. Bei einer solchen schmetterlingsartigen Konfiguration ist für jede der beiden Spuleneinrichtungen die Verbraucherseite, also diejenige Sei¬ te mit der im Begrenzungsfall höheren Impedanz zu einer Stromquelle des Stromnetzes, die der jeweils anderen Spulen¬ einrichtung zugewandte Seite. Somit ist der zwischen den bei¬ den Spuleneinrichtungen angeordnete Schalter bezüglich beider Spuleneinrichtungen auf der Verbraucherseite angeordnet. Dies bewirkt, dass sowohl bei einfachen Stromnetzen mit nur einer oder wenigen benachbarten Stromquellen als auch bei komplexeren Stromnetzen mit mehreren verteilten Stromquellen der Lastschalter bei an beliebigen Stellen auftreffenden Kurzschlüssen nie den vollen, unbegrenzten Kurzschlussstrom aus- schalten muss. Stattdessen ist, unabhängig von der Seite der Stromquelle und unabhängig von der Seite des auftreffenden Kurzschlusses der durch den Lastschalter fließende Strom nach einer sehr kurzen Ansprechzeit der strombegrenzenden Spulen zumindest durch eine dieser Spulen auf deren Begrenzungsstrom begrenzt. Durch eine derartige Schmetterlingskonfiguration kann also erreicht werden, dass auch mit einem Lastschalter, der den unbegrenzten Strom nicht schalten kann, jede Art von eintretendem Kurzschluss bei jeder Art von Anordnung der Stromquelle das Stromnetz nach Auftreten eines Kurzschlusses zuverlässig getrennt werden kann. Es werden zwar zwei strom¬ begrenzende Spulen benötigt, aber jeder einzelne der beiden Spulen kann mit wesentlich weniger Leitermaterial aufgebaut werden, insbesondere auch mit deutlich weniger als der Hälfte des Leitermaterials aufgebaut werden, als es für eine Strom- begrenzereinrichtung mit nur einer Spuleneinrichtung in Serie mit einem Leistungsschalter benötigt würde. Dies liegt wiede¬ rum an der wesentlich kürzeren Schaltzeit des Lastschalters, so dass insgesamt Leitermaterial, insbesondere supraleitendes Leitermaterial, eingespart werden kann.
Besonders vorteilhaft ist der Lastschalter mit Ausnahme der leitenden Verbindung als einziges elektrisches Bauelement zwischen den beiden strombegrenzenden Spuleneinrichtungen angeordnet .
Die Vorteile der beschriebenen Schmetterlingskonfiguration kommen besonders zum Tragen, wenn jede der beiden strombegrenzenden Spuleneinrichtungen ein supraleitendes Leitermate- rial aufweist und zumindest die supraleitenden Teile der bei¬ den Spuleneinrichtungen zusammen mit dem Lastschalter in einem übergeordneten Kryostaten angeordnet sind. Die Strombegrenzereinrichtung kann eine normalleitende Parallelimpedanz aufweisen, welche zur strombegrenzenden Spuleneinrichtung und zum Lastschalter elektrisch parallelgeschaltet ist. Eine solche Parallelimpedanz kann vorteilhaft dazu dienen, im Begrenzungsfall die elektrischen Verluste in der strombegrenzenden Spuleneinrichtung gering zu halten. Insbesondere bei einer supraleitenden, resistiv strombegrenzenden Spuleneinrichtung kann der Widerstand der Spuleneinrichtung nach einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften relativ hoch sein. Um eine übermäßige Erwärmung des supralei- tenden Leitermaterials zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, einen parallelen Strompfad vorzusehen, der im Kurzschlussfall einen Teil des Reststromes tragen kann. Im Normalbetrieb da¬ gegen trägt dieser Parallelpfad kaum zum Stromtransport bei, da die Parallelimpedanz im Allgemeinen deutlich höher ausge- bildet ist als die Impedanz der strombegrenzenden Spuleneinrichtung. Im Kurzschlussfall kann dann auch nach einem Öffnen des Schalters ein durch dessen Impedanz begrenzter Reststrom über die Parallelimpedanz fließen, ohne dass die supraleitende Spuleneinrichtung dabei noch belastet wird.
Die strombegrenzende Spuleneinrichtung kann eine resistiv strombegrenzende Spuleneinrichtung sein. Sie kann insbesonde¬ re durch die in der Einleitung im Zusammenhang mit dem Stand der Technik für diesen Strombegrenzer-Typ beschriebenen Merk- male gekennzeichnet sein.
Alternativ kann die strombegrenzende Spuleneinrichtung eine induktiv oder induktiv-resistiv strombegrenzende Spuleneinrichtung sein. Auch diese kann durch die in der Einleitung im Zusammenhang mit dem Stand der Technik für diesen Strombegrenzer-Typ beschriebenen Merkmale gekennzeichnet sein. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: Figur 1 ein schematisches Ersatzschaltbild einer Strombegren¬ zereinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
Figur 2 ein schematisches Ersatzschaltbild einer Strombegren- zereinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
Figur 3 ein schematisches Ersatzschaltbild eines ersten über¬ geordneten Stromnetzes mit zwei beispielhaften Kurz- Schlussstellen zeigt,
Figur 4 ein schematisches Ersatzschaltbild eines ersten über¬ geordneten Stromnetzes mit einer dritten beispielhaf¬ ten Kurzschlussstelle zeigt,
Figur 5 ein schematisches Ersatzschaltbild eines zweiten
übergeordneten Stromnetzes mit einer beispielhaften Kurzschlussstelle zeigt, Figur 6 ein schematisches Ersatzschaltbild eines dritten
übergeordneten Stromnetzes mit einer beispielhaften Kurzschlussstelle zeigt und
Figur 7 ein schematisches Ersatzschaltbild des dritten über- geordneten Stromnetzes mit einer alternativen Kurzschlussstelle zeigt.
In Figur 1 ist ein schematisches Ersatzschaltbild mit einer Strombegrenzereinrichtung 3 nach einem ersten Ausführungsbei- spiel der Erfindung gezeigt. Die Strombegrenzereinrichtung weist eine strombegrenzende Spuleneinrichtung 5 auf, die elektrisch mit einem Schalter 7 in Serie geschaltet ist. Die¬ se beiden Bauelemente sind elektrisch mit einer zusätzlichen Parallelimpedanz 17 parallelgeschaltet. Diese drei gezeigten elektrischen Bauteile sind die wesentlichen funktionellen Bestandteile der Strombegrenzereinrichtung 3 nach diesem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Parallelimpedanz 17 jedoch optional ist. Die strombegrenzende Spuleneinrich¬ tung 5 kann beispielsweise eine supraleitende resistive
Strombegrenzerspule aufweisen oder sie kann eine Drosselspule aufweisen, deren Induktivität im Kurzschlussfall sprunghaft ansteigen kann. Auch die Drosselspule kann entweder selbst ein supraleitendes Leitermaterial umfassen, und/oder sie kann mit einer zusätzlichen Kompensationsspule versehen sein, deren Leitermaterial supraleitend ist. In all diesen Fällen, in denen zumindest ein Teil der strombegrenzenden Spuleneinrichtung ein supraleitendes Leitermaterial aufweist, ist die An- Ordnung zumindest des supraleitenden Teils in einem Kryosta- ten zweckmäßig. Daher ist in dem gezeigten Beispiel die ge¬ samte supraleitende strombegrenzende Spuleneinrichtung im Kryostaten 15 angeordnet, der hier auch den in Serie geschal¬ teten Schalter 7 umgibt. Der Schalter kann jedoch optional auch außerhalb des Kryostaten 15 angeordnet sein, da er kei¬ nen Supraleiter aufweist. Eine Anordnung im Kryostaten 15, wie hier gezeigt, ist jedoch vorteilhaft, um die Gefahr eines in den Bereich zwischen Spuleneinrichtung und Schalter eintreffenden Kurzschlusses zu verringern. Der Schalter 7 ist als Lastschalter ausgebildet und weist eine Ausschalteigen¬ zeit unterhalb von 30 ms und ein Ausschaltvermögen unterhalb von 10 kA auf. Der Lastschalter 7 ist auf der sogenannten Verbraucherseite 9b der Spuleneinrichtung 5 angeordnet und abgewandt von der sogenannten Stromquellenseite 9a, wobei die Verbraucherseite in einem übergeordneten Stromkreis eine höherimpedante Verbindung mit einer Stromquelle des Strom¬ kreises aufweist als die Stromquellenseite.
In Figur 2 ist ein schematisches Beispiel einer Strombegren- zereinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Diese Strombegrenzereinrichtung ist ähnlich aufgebaut wie die des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch weist sie neben einer ersten 5a noch eine zweite strombegren- zende Spuleneinrichtung 5b auf, wobei der Lastschalter 7 zwischen diesen beiden Spuleneinrichtungen 5a und 5b elektrisch in Serie geschaltet ist. Diese drei Bauelemente 5a, 5b und 7 sind wiederum zusammen innerhalb eines Kryostaten 15 angeord- net, mit dem supraleitende Leiterelemente der strombegrenzen¬ den Spuleneinrichtungen gekühlt werden können. Bezüglich eines übergeordneten Stromkreises sind nun die äußeren Seiten der Spuleneinrichtungen 5a und 5b jeweils die Stromquellenseiten 9a und die inneren Seiten sind die Verbraucherseiten 9b, da im Begrenzungsfall die beiden Spuleneinrichtungen 9a und 9b als hohe Widerstände wirken, beispielsweise, wenn die supraleitenden Eigenschaften durch Überschreiten einer vorgegebenen Stromschwelle zusammenbrechen. Die Verbraucherseiten der beiden Spuleneinrichtungen 5a und 5b liegen auch dann in- nen, wenn diese schmetterlingsartig aufgebaute Strombegrenze¬ reinrichtung 3 in einem komplexeren Stromnetz mit mehreren Stromquellen und mehreren Verbrauchern angeordnet ist, wie im Folgenden noch gezeigt wird. Figur 3 zeigt ein schematisches einphasiges Ersatzschaltbild eines ersten vereinfacht dargestellten übergeordneten Stromnetzes 1 mit einer Strombegrenzereinrichtung 3 nach der vorliegenden Erfindung, einer Stromquelle 11 und einem Verbraucher 13. Stromquelle 11 und Verbraucher 13 können hierbei je- weils auch beispielhaft für mehrere Stromquellen beziehungs¬ weise Verbraucher stehen. Die Strombegrenzereinrichtung 3 um- fasst wiederum eine strombegrenzende Spuleneinrichtung 5 und einen Lastschalter 7, die zusammen in einem Kryostaten 15 angeordnet sind. Sie entspricht also im Wesentlichen der Strom- begrenzereinrichtung 3 aus dem Beispiel der Figur 1, allerdings ohne die optionale Parallelimpedanz, die hier nur der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet ist. Wie in Fi¬ gur 1 ist der Lastschalte 7 auf der Verbraucherseite 9b der Spuleneinrichtung 5 angeordnet. Durch die Zwischenschaltung des Verbrauchers 13 weist diese Seite auch ohne den Schalter 7 eine höhere Impedanz zur Stromquelle 11 auf als die andere Seite 9a, die Stromquellenseite. Es soll nun das Verhalten des Systems bei verschiedenen mög¬ lichen Kurzschlüssen skizziert werden. Eine erste mögliche Kurzschlussposition 19a entspricht dabei einem Kurzschluss, der in der Nähe Stromquelle 11 beide Leiter miteinander ver- bindet. Ein solcher Kurzschluss führt im gezeigten Stromnetz 1 zu einem hohen Kurzschlussstrom, der durch die gezeigten Vorrichtungen nicht begrenzt wird. Das Stromnetz 1 ist also gegen solche stromquellenseitigen Kurzschlüsse nicht ge¬ schützt. Eine zweite mögliche Kurzschlussposition 19b ent- spricht einem Kurzschluss zwischen den zwei Leitern auf der
Verbraucherseite. Gegen derartige Kurzschlüsse ist das Strom¬ netz durch die zwischengeschaltete Strombegrenzereinrichtung abgesichert. Bei einem Kurzschluss des Typs 19b wird der Ver¬ braucher 13 überbrückt, und es fließt zunächst ein sehr höher Kurzschlussstrom durch die strombegrenzende Spuleneinrichtung 5, der jedoch sehr schnell auf einen vorgegebenen Begrenzungsstrom begrenzt wird, beispielsweise durch einen Zusam¬ menbruch der supraleitenden Eigenschaften eines Leiterteils in der Spuleneinrichtung 5. Anschließend wird bei einer De- tektion eines solchen Kurzschlussfalles das Öffnen des Last¬ schalters 7 ausgelöst, wodurch die Zeit des durch die Spulen¬ einrichtung fließenden Begrenzungsstroms sehr klein gehalten wird. Durch den Einsatz eines Lastschalters 7 mit einer Aus¬ schalteigenzeit von beispielsweise weniger als 30 ms kann diese Zeit sehr viel geringer gehalten werden als beim Ausschalten mit einem für höhere Ausschaltströme dimensionierten Leistungsschalter. Hierdurch kann die strombegrenzende Spuleneinrichtung 5 kleiner dimensioniert werden, da eine Erwärmung durch den in der Spuleneinrichtung 5 fließenden Begren- zungsstrom über die kurze Dauer wirksam minimiert wird. Da der Kurzschlussstrom bei einem Kurzschluss des Typs 19b be¬ reits durch die Spuleneinrichtung 5 begrenzt wird, bevor er vom Lastschalter 7 ausgeschaltet wird, muss dieser Schalter auch nicht für das Ausschalten des vollen Kurzschlussstroms ausgelegt sein. Diese Überlegung gilt bei einem Kurzschluss des Typs 19b generell, unabhängig davon, ob sich der Last¬ schalter 7 auf der Stromquellenseite 9a oder der Verbraucherseite 9b der Spuleneinrichtung 5 befindet. Figur 4 zeigt wiederum das gleiche schematische Ersatzschalt¬ bild des ersten übergeordneten Stromnetzes 1, analog wie in der Figur 4. Allerdings ist hier ein dritter beispielhafter Kurzschlusstyp gezeigt, bei dem eine Verbindung zweier Leiter an der Kurzschlussposition 19c stattfindet, so dass ein Kurz- schluss zu einem Bereich zwischen der Spuleneinrichtung 5 und dem Lastschalter 7 der Strombegrenzereinrichtung 3 ausgelöst wird. Hierdurch fließt also ein ringförmig geschlossener Kurzschlussstrom entlang des schematisch gezeigten Kurzschlussstrompfades I k - Dieser ringförmige Kurzschlussstrom wird ähnlich wie beim Kurzschluss 19b der Figur 3 durch die Spuleneinrichtung 5 auf einen vorgegebenen Begrenzungsstrom begrenzt. Ein anschließendes Öffnen des Lastschalter 7 ist dann nicht erforderlich, da der Strom Ik aufgrund der Position des Kurzschlusses gar nicht über den Lastschalter 7 fließt. Ein Öffnen des Lastschalters 7 ist in einem solchen Fall optional. Wesentlich ist, dass auch im Fall eines sol¬ chen Kurzschlusses zwischen den Komponenten der Strombegren- zereinrichtung der Lastschalter keinen Strom oberhalb des vorgegebenen Begrenzungsstroms ausschalten muss. Dies wird durch seine Anordnung auf der Verbraucherseite 9b der Spuleneinrichtung 5 erreicht. Für den Fall eines Kurzschlusses an der Position 19c kann es weiterhin vorteilhaft sein, einen oder mehrere zusätzliche hier nicht gezeigte Lastschalter zwischen der Stromquelle 11 und der Spuleneinrichtung 5 anzuordnen, da mit einem solchen weiteren Lastschalter ein im Kurzschlussfall 19c durch die Spuleneinrichtung 5 fließende bereits begrenzte Strom dann ebenfalls zuverlässig ausgeschaltet werden kann und die Spu¬ leneinrichtung 5 somit vor einer Überhitzung geschützt werden kann. In dieser Konfiguration kann der durch die Spuleneinrichtung 5 begrenzte Kurzschlussstrom immer durch einen Last- Schalter unterbrochen werden. Es müssen dann je nach Kurzschlussfall unterschiedliche Schalter geöffnet werden. Um diesen Effekt der verbraucherseitigen Anordnung genauer darzustellen, ist in Figur 5 beispielhaft die hierzu alterna¬ tive Anordnung des Lastschalters 7 auf der Stromquellenseite 9a der Spuleneinrichtung 5 gezeigt. Auch hier ist der Fall eines Kurzschlusses an der entsprechenden Position 19c gezeigt, also in den Bereich zwischen Lastschalter 7 und Spuleneinrichtung 5. Ein solcher Kurzschluss des Typs 19c führt wiederum zu einem ringförmig geschlossenen Kurzschlussstrom I k , der jetzt aber nur über den Schalter 7 und nicht über die Spuleneinrichtung 5 fließt. Er wird also bei einer solchen Anordnung nicht wirksam durch die Spuleneinrichtung 5 begrenzt, sondern könnte höchstens durch ein Öffnen des Schal¬ ters 7 unterbrochen werden. Da dieser Schalter 7 aber hier als Lastschalter und nicht als Leistungsschalter ausgelegt ist und auch sonst kein weiterer Leistungsschalter in Serie geschaltet ist, kann der Schalter 7 diesen Strom nicht unterbrechen. Das gezeigte Beispiel der Figur 5 fällt auch in den Bereich der vorliegenden Erfindung, ist aber aus den genannten Gründen nur dann zweckmäßig, wenn ein Kurzschluss des Typs 19c mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden kann. Eine starke Reduktion dieser Wahrscheinlichkeit ist beispielsweise dadurch gegeben, dass der Lastschalter 7 und die Spuleneinrichtung 5 wie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt, gemeinsam in einem Kryostaten angeordnet sind.
Figur 6 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild eines drit¬ ten übergeordneten Stromnetzes 1 mit einer alternativen
Strombegrenzereinrichtung 3. Die Strombegrenzereinrichtung 3 umfasst zwei strombegrenzende Spuleneinrichtungen 5a und 5b und einen dazwischen geschalteten Lastschalter 7, die zusammen in einem Kryostaten 15 angeordnet sind. Sie entspricht also im Wesentlichen der Strombegrenzereinrichtung 3 aus dem Beispiel der Figur 2, allerdings wiederum ohne die optionale Parallelimpedanz, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet ist. Das dritte übergeordnete Stromnetz 1 ist ein komplexeres Stromnetz mit mindestens zwei Stromquellen IIa und IIb sowie mehreren Verbrauchern 13. Für die gesamte Strombegrenzereinrichtung 3 sind also eine Verbraucherseite und eine Stromquellenseite nicht so eindeutig zuzuordnen wie in den einfacheren Stromnetzen der Figuren 3 bis 5. Für jede der beiden strombegrenzenden Spuleneinrichtungen 5a und 5b kann jedoch die von der anderen Spuleneinrichtung 5b oder 5a zugewandte Seite als Verbraucherseite 9b und die hiervon ab¬ gewandte Seite als Stromquellenseite 9a aufgefasst werden, da zumindest im Begrenzungsfall nach einer Erhöhung der Impedanz der jeweiligen Spuleneinrichtung 5b oder 5a dies die höher- impedante Seite ist.
In Figur 6 ist ebenfalls schematisch ein beim Kurzschluss an der Position 19a fließender erster Kurzschlussstrompfad Ia eingezeichnet, der sich für den aus der ersten Stromquelle IIa eingespeisten Strom ergibt. Der zweite Kurzschlussstrom- pfad für den aus der zweiten Stromquelle IIb eingespeisten Strom ist dagegen mit I b gekennzeichnet. Wie in Figur 6 zu erkennen, ist das Stromnetz ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3 nicht gegen den auf dem ersten Kurzschlussstrompfad 19a fließenden Strom abgesichert, da die Strombegrenzereinrich- tung 3 nicht auf diesem Pfad liegt. Für den aus der zweiten Stromquelle IIb gespeisten Kurzschlussstrompfad Ib entfaltet die Strombegrenzereinrichtung 3 jedoch ihre volle Wirkung und begrenzt den Kurzschlussstrom zunächst durch die Wirkung der beiden Spuleneinrichtungen 5a und 5b auf den vorgegebenen Be- grenzungsstrom, wobei anschließend durch den Lastschalter 7 der bereits begrenzte Strom vollständig unterbrochen werden kann .
Figur 7 zeigt schließlich dasselbe Stromnetz 1 wie in der Fi- gur 6, aber mit einem Kurzschluss an einer alternativen Kurzschlussposition 19c, also auch hier wieder zu einem Leitungsbereich, der zwischen einer Spuleneinrichtung 5a und dem Lastschalter angeordnet ist. Ein solcher Kurzschluss führt wiederum zu mehreren Teilströmen, von denen wieder der durch die erste Stromquelle IIa gespeiste Kurzschlussstrompfad mit Ia und der durch die zweite Stromquelle IIb gespeiste Pfad mit I b bezeichnet ist. Für beide Kurzschlussstrompfade Ia und Ib findet zunächst eine Begrenzung durch die jeweilige im Strompfad liegende Spuleneinrichtung 5a oder 5b auf den vorgegebenen Begrenzungsstrom statt. Für den zweiten Strompfad Ib kann dieser Begrenzungsstrom in einem nachfolgenden
Schritt durch den Lastschalter 7 wirksam unterbrochen werden, da der Lastschalter 7 ja für ein Unterbrechen des bereits begrenzten Stroms ausgelegt ist.
Wie in den verschiedenen Beispielen gezeigt, können also bei den Stromnetzen der Figuren 3 und 4 sowie 6 und 7 auch bei Kurzschlusspositionen 19c innerhalb der Strombegrenzereinrichtungen 3 die resultierenden Kurzschlussströme immer zuverlässig durch wenigstens eine der strombegrenzenden Spuleneinrichtungen 5, 5a oder 5b begrenzt und für die günstigeren Kurzschlusspositionen 19b sogar in einem nachfolgenden
Schritt durch den Lastschalter 7 vollständig unterbrochen werden, ohne dass dieser zwangsläufig für die Unterbrechung des vollen, noch nicht durch Spuleneinrichtungen begrenzten Kurzschlussstroms ausgelegt sein muss. Wenn ein Kurzschluss an den Positionen 19c nicht mit ausreichender Sicherheit aus- geschlossen werden kann, ist daher eine Anordnung des Lastschalters 7 auf einer von der Stromquellenseite 9a abgewand¬ ten Verbraucherseite 9b der jeweiligen Spuleneinrichtung 5, 5a, 5b zweckmäßig. Auch für das Beispiel der Figur 7 kann es nützlich sein, zwei weitere hier nicht gezeigte Lastschalter auf beiden Seiten 9a zwischen der eigentlichen Strombegrenzereinrichtung 3 und den Stromquellen IIa und IIb einzusetzen, um den Kurzschluss an der Stelle 19c oder einer entsprechenden Stelle neben der zweiten Spuleneinrichtung 5b zu beherrschen. In diesem Fall lässt sich auch in der Schmetterlingsanordung nach Figur 7 der Kurzschlussstrom für alle Kurzschlusstypen schnell für die jeweiligen Spuleneinrichtungen 5a und 5b unterbrechen.

Claims

Patentansprüche
1. Strombegrenzereinrichtung (3) zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem übergeordneten Stromnetz (1),
- wobei die Strombegrenzereinrichtung (3) eine strombegrenzende Spuleneinrichtung (5) und einen zu der Spuleneinrichtung (5) elektrisch in Serie geschalteten Schalter (7) aufweist,
- wobei der Schalter (7) als Lastschalter ausgebildet ist.
2. Strombegrenzereinrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastschalter (7) elektrisch mit derjenigen Anschlussseite (9b) der Spuleneinrichtung verbunden ist, welche von den beiden Anschlussseiten (9a, 9b) im überge- ordneten Stromnetz (1) im Begrenzungsfall die höherimpedante Verbindung mit einer Stromquelle (11) des Stromnetzes (1) aufweist .
3. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Lastschalter (7) benachbart zur Spuleneinrichtung (5) angeordnet ist.
4. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche frei von einem zur Spuleneinrichtung (5) in Serie geschalteten Leistungsschalter ist.
5. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lastschalter (7) ein Schaltvermögen aufweist, welches wenigstens einem durch die Spuleneinrich- tung (5) begrenzten Strom entspricht und niedriger ist als der unbegrenzte Kurzschlussstrom.
6. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Lastschalter (7) ein Schaltvermö- gen aufweist, welches höchstens einem Fünffachen eines vorge¬ gebenen Nennstroms des übergeordneten Stromnetzes (1) ent¬ spricht .
7. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lastschalter (7) bei einer Bemessungsspannung von 66 kV oder weniger ein Schaltvermögen von höchstens 10 kA aufweist.
8. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Lastschalter (7) eine Ausschalteigenzeit von maximal 30ms aufweist.
9. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die strombegrenzende Spuleneinrichtung (5) wenigstens eine Spule mit einem supraleitenden Leiterma¬ terial aufweist.
10. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen Kryostaten (15) aufweist, wobei sowohl wenigstens ein Teil der strombegrenzenden Spuleneinrichtung (5) als auch zumindest ein Anschluss des Lastschal¬ ters (7) innerhalb des Kryostaten angeordnet sind.
11. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die wenigstens zwei strombegrenzende Spulen¬ einrichtungen (5a, 5b) aufweist, wobei der Lastschalter (7) zwischen den beiden Spuleneinrichtungen (5a, 5b) angeordnet ist.
12. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine normalleitende Parallelimpedanz (17) aufweist, welche zur strombegrenzenden Spuleneinrichtung (5) und zum Lastschalter (7) elektrisch parallelgeschaltet ist.
13. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die strombegrenzende Spuleneinrichtung (5) eine resistiv strombegrenzende Spuleneinrichtung ist.
14. Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die strombegrenzende Spuleneinrichtung (5) eine induktiv-resistiv strombegrenzende Spuleneinrichtung ist .
15. Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms in einem Stromnetz (1) mit einer Strombegrenzereinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem in einem Kurzschluss¬ fall
- ein durch die Spuleneinrichtung (5) fließender Kurzschlussstrom mit Hilfe der Spuleneinrichtung (5) auf einen vorgegebenen Begrenzungsstrom begrenzt wird
- und der durch den Lastschalter (7) fließende Begrenzungsstrom durch ein Öffnen des Lastschalters (7) unterbrochen wird .
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