SE430451B

SE430451B - SHORT CIRCUIT PROTECTION FOR A HIGH POWER INTERNAL NETWORK

Info

Publication number: SE430451B
Application number: SE7802580A
Authority: SE
Inventors: W Droste; K Kranert
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-07
Publication date: 1983-11-14
Also published as: SE7802580L; NL182186C; DE2710625B2; DE2710625A1; NL182186B; NL7802304A; DE2710625C3

Description

l5 20 25 30 35 40 7802580-6 z. inom några mikrosekunder och därigenom inkopplas resistansen 4.._._'.______.._ 'E . såsom last i sekundärkretsen. Genom den ohmska lastens inkoppling i sekundärkretsen blir transformatorns effektiva resistans stor och på primärsidan uppkommer ett stort spän- L ningsfall, som begränsar den till kortslutningspunkten fly- tande strömmen i det närmaste till märkströmmen beroende på vald dimensionering. Eftersom denna begränsade ström genom resistansens inkoppling i det närmaste är lika med märk- I strömmen, ökas kortslutningsströmmen i den störda samlings- skenan icke alls eller endast obetydligt. l5 20 25 30 35 40 7802580-6 z. within a few microseconds and thereby the resistance is switched on 4 .._._'.______.._ 'E. such as load in the secondary circuit. Due to the connection of the ohmic load in the secondary circuit, the effective resistance of the transformer becomes large and a large voltage drop arises on the primary side, which limits the current flowing to the short-circuit point almost to the rated current depending on the selected dimensioning. Since this limited current through the connection of the resistor is almost equal to the rated current, the short-circuit current in the disturbed busbar is not increased at all or only insignificantly.

Eftersom emellertid först efter ca 500 msec transfor- matorn åter kortslutes sekundärsidigt, har generatorernas | polhjulsvinkel i det störda samlingsskenesystemet samt gene- ratorernas polhjulsvinkel i det icke störda samlingsskene- systemet gått isär så pass mycket att ett upptagande av synkrondrift efter kortslutningens frånkoppling icke är möjlig; Samlingsskenorna måste efter minskning av kortslut- ningsströmmen före den sekundära snabbrytarens tändning förbli isärkopplade från varandra genom utlösning av en samlingsskenefrânskiljare.However, since only after about 500 msec does the transformer again short-circuit on the secondary side, the generators' | the pole wheel angle in the disturbed busbar system and the generator's pole wheel angle in the undisturbed busbar system have disintegrated to such an extent that recording of synchronous operation after the short-circuit disconnection is not possible; The busbars must remain disconnected from each other by tripping the busbar fringe after reducing the short-circuit current before igniting the secondary quick-release switch.

Vid landnät är det i och för sig känt att för begräns- ning av kortslutningströmmar anordna drosselspolar antingen -i förbrukaravgreningarna, såsom gruppreaktanser i tilled- ¿ ningar eller vid stora kortslutningseffekter i samlings- skenorna med överbryggningsströmställare. Dylika anord- i ningar beskrives i “Handbuch für Planung, Konstruktion und Montage von Schaltanlagen" av A Hoppner/BBC, tredje upplaga 5 1964, sida 338 ff speciellt sida 341.In the case of land networks, it is per se known to arrange choke coils for limiting short-circuit currents either in the consumer branches, such as group reactances in supply lines or in the event of large short-circuit effects in the busbars with bridging switches. Such devices are described in "Handbuch für Planung, Konstruktion und Montage von Schaltanlagen" by A Hoppner / BBC, third edition 5 1964, page 338 ff especially page 341.

Uppfinningen har således fått till uppgift att förbättra en anläggning av det ovan beskrivna slaget på sådant sätt att kopplingsdonens gränseffekter ej överskrides och att en fortsatt synkron gång av generatorna säkerställas. .The invention has thus been given the task of improving a plant of the type described above in such a way that the limit effects of the connectors are not exceeded and that a continued synchronous operation of the generators is ensured. .

Denna uppgift löses medelst de i patentkravets l känne- tecknande del angivna medlen. Vidare utvecklingar av upp- finningen kännetecknas i underkraven.This task is solved by the means specified in the characterizing part of claim 1. Further developments of the invention are characterized by the subclaims.

Den speciella fördelen med anordningen enligt uppfinningen består i att den störda generatorgruppen efter kortslutningens frånkoppling genast återupptar synkrondriften tillsammans å med den icke störda generatorgruppen. Någon frånkoppling av det störda systemet genom frånskiljning av samlingsskenorna 10 15 20 25 30 35 40 a veozssn-6 sinsemellan och någon erforderlig samsynkroniseïing behövs således ej. Strömtransformatorerna får betydligt mindre dimensioner så att de kan användas utrymmesbesparande och ekonomiskt och trots detta säkerställer optimalt kortslut- ningsskydd.The special advantage of the device according to the invention is that the disturbed generator group immediately resumes synchronous operation together with the undisturbed generator group after the short-circuit disconnection. Thus, no disconnection of the disturbed system by disconnecting the busbars between them and any required co-synchronization is needed. The current transformers have significantly smaller dimensions so that they can be used space-saving and economically and nevertheless ensure optimal short-circuit protection.

På bifogade ritning visas ett utföringsexempel enligt uppfinningen.The accompanying drawing shows an exemplary embodiment according to the invention.

En försörjningsanläggning antas bestå av två eller flera försörjningssystem som köres i parallell drift. I utföringsexemplet har återgivits tre system Syl, Sy2 och Sy3. Systemen är inbördes lika uppbyggda varför endast det första systemet beskrives.A supply system is assumed to consist of two or more supply systems running in parallel operation. In the exemplary embodiment, three systems Syl, Sy2 and Sy3 have been shown. The systems are mutually equally structured, which is why only the first system is described.

Två generatorer Gl.l och Gl.2 matar samlingsskenan Bl, från vilken medelst avgångspilar âtergivna förbrukare V l försörjes bl.a. även stora induktiva förbrukare såsom exempelvis asynkronmotorer. Försörjningssystemet Syl är dimensionerat för en effekt under gränseffekten .på sådant sätt, att effektbrytarnas Sl.l/Sl.2/Sl.3 märkfrånskiljningsförmåga icke överskrides.Two generators G1.1 and G1.2 supply the busbar B1, from which consumer V1 returned by means of departure arrows is supplied i.a. also large inductive consumers such as asynchronous motors. The supply system Syl is dimensioned for a power below the limit power in such a way that the mark disconnection capacity of the circuit breakers Sl.1 / Sl.2 / Sl.3 is not exceeded.

Samlingsskenan Bl är via en kopplingsbrytare Sl.3, vilken är seriekopplad med strömtransformatorn Tl, förbunden med samlingsskenan B2. Den sistnämnda är i sin tur via kopplingsströmställaren S2.3, som är seriekopplad med ström- transformatorn T2, förbunden med samlingsskenan B3. Försörj- ningssystemen arbetar parallellt. iill- och frånkopplingen av strömgeneratorer och -förbrukare i normaldrift är säker- ställda.The busbar B1 is connected to the busbar B2 via a switching switch S1.3, which is connected in series with the current transformer T1. The latter is in turn connected to the bus bar B3 via the switching switch S2.3, which is connected in series with the current transformer T2. The supply systems work in parallel. The disconnection and disconnection of power generators and consumers in normal operation are ensured.

De båda kortslutningsskyddsanordningarna Kl och K2 är också inbördes likadant uppbyggda, varför endast kortslutnings- skyddsanordningen Kl beskrives närmare. I samlingsskenorna är strömtransformatorns Tl primärlindning anordnad. Sekundär- lindningen är förbunden med en trefasbryggkoppling nl.The two short-circuit protection devices K1 and K2 are also mutually constructed, which is why only the short-circuit protection device K1 is described in more detail. The primary winding of the current transformer T1 is arranged in the busbars. The secondary winding is connected to a three-phase bridge coupling, viz.

Sekundärströmmen, motsvarande utväxlingsförhâllandet mindre än prbnärströmmen, omvandlas medelst brygglikriktaren nl till likström och tillföres en elektronisk snabbströmställare Sl. Parallellt med strömställaren Sl sitter delresistanser Rl.2. Strömställarens Sl anod är förbunden med en tyristors Thl anod, vars katod är ansluten till motståndens uttag Al.The secondary current, corresponding to the gear ratio less than the primary current, is converted by means of the bridge rectifier nl into direct current and is supplied to an electronic high-speed switch S1. Parallel resistors Rl.2 are located parallel to the switch Sl. The switch Anode of the switch is connected to a Th1 anode of a thyristor, the cathode of which is connected to the socket A1 of the resistors.

I likströmskretsen mätes strömvärdet medelst en likströms- transformator Wl och en övervakningsanordning Ü. Det uppmätta 10 15 20 25 30 35 7802580-6 4_ strömvärdet motsvarar den på kortslutningsskyddsanordningens primärsida flytande stömmen, d v s det uppmätta signalvärdet är proportionellt mot strömmen i samlingsskenorna. = Det må antagas att försörjningssystemen Syl och Sy2 arbetar ostörda i parallell drift. Systemet Sy3 antages vara frånskilt medelst brytaren S2.3;via samlingsskenorna Bl och B2 försörjes förbrukarna Vl och V2 genom generatorerna Gl.l, Gl.2, G2.l och G2.2.In the direct current circuit, the current value is measured by means of a direct current transformer W1 and a monitoring device Ü. The measured current value corresponds to the current flowing on the primary side of the short-circuit protection device, i.e. the measured signal value is proportional to the current values. = It may be assumed that the supply systems Syl and Sy2 operate undisturbed in parallel operation. The system Sy3 is assumed to be separated by means of the switch S2.3, via the busbars B1 and B2 the consumers V1 and V2 are supplied by the generators G1.1, G1.2, G2.1 and G2.2.

I kortslutningsskyddsanordningen Kl är den elektroniska brytaren Sl tänd och överbryggar delresistanserna Rl.l och Rl.2. Tyristorn Thl är släckt¿ Strömtransformatorn Tl arbetar utan last, spänningsfallet före och efter transformatorn är litet.In the short-circuit protection device K1, the electronic switch S1 is switched on and bridges the partial resistances R11.1 and R1.2. Thyristor Th1 is off¿ The current transformer Tl operates without load, the voltage drop before and after the transformer is small.

Strömtransformatorn Tl har av rationaliseringsskäl di- mensionerats effektsmässigt så liten som möjligt. Det är emellertid säkerställt att under utnyttjande av mättningen summan av kortslutningsströmmen hos den störda systemgruppen och av strömmen över den mättade transformatorn Tl stannar under gränskortslutningsströmmen för den störda system- gruppen.For reasons of rationalization, the current transformer T1 has been dimensioned as small as possible in terms of efficiency. However, it is ensured that while utilizing the saturation, the sum of the short-circuit current of the disturbed system group and of the current across the saturated transformer T1 remains below the limit short-circuit current of the disturbed system group.

I försörjningssystemet Syl antages - som inritat - upp- komma en förbrukarkortslutning. I så fall flyter icke endast inuti det störda systemet Syl höga utjämningsströmmar utan även från det ostörda systemet Sy2 skulle utan kortslutnings- skyddsanordningen Kl stora utjämningsströmmar flyta i riktning mot kortslutningsstället. Genom denna extra belastning skulle det störda systemet Syl termiskt och mekaniskt överbe- lastas avsevärt så att skador skulle uppkomma, f Skyddskopplingen avger emellertid vid uppkomande kortslutning och när ett inställt gränsvärde uppnås en släcksignal i övervakningsanordningen 3 för den elektroniska brytaren Sl och därigenom inkopplas de ohmska delmotstånden Rl.l och Rl.2. Genom inkoppling av detta aktiva motstånd uppkommer vid strömtransformatorn Tl ett högt spänningsfall, som så mycket begränsar den genom transformatorn flytande strömmen, att summan av kortslutningsströmmarna{ bestående av det störda systemets Syl ström och den över transformatorn Tl flytande strömmen, stannar under gränsströmmen. I och med detta undgâr det störda systemet i det närmaste helt extra ; l0 15 20 25 30 35 40 5- 7802580-6 utjämningsströmmar från det störda systemet under det subtransienta förloppet.In the supply system Syl, it is assumed - as drawn - that a consumer short circuit will occur. In that case, not only inside the disturbed system Syl high compensating currents flow but also from the undisturbed system Sy2 large compensating currents would flow in the direction of the short-circuit point without the short-circuit protection device K1. Due to this extra load, the disturbed system Syl would be considerably and mechanically overloaded so that damage would occur, f However, the protective clutch emits in the event of a short circuit and when a set limit value is reached a switch-off signal in the monitoring device 3 for the electronic switch S1 and thereby the ohmic sub-resistors R1.1 and R1.2. By switching on this active resistor, a high voltage drop occurs at the current transformer T1, which limits the current flowing through the transformer so much that the sum of the short-circuit currents {consisting of the current current of the disturbed system and the current flowing over the transformer T1 remains below the limit current. As a result, the disturbed system almost completely avoids extra; equalization currents from the disturbed system during the subtranscent process.

En kortslutning förorsakar stora elektriska och meka- niska belastningsstötar. Dessa kommer att vara högre vid generatorerna som direkt matar kortslutningen än de belast- ningsstötar som dämpas genom de inkopplade resistanserna: Således kommer de direkt i kortslutningsförloppet deltagande strömgeneratorernas lastvinklar icke att löpa isär under utjämningsförloppen varigenom en fortsatt synkron gång skulle äventyras.A short circuit causes large electrical and mechanical load shocks. These will be higher at the generators which directly supply the short circuit than the load shocks attenuated by the connected resistors: Thus, the load angles of the current generators participating in the short circuit will not run apart during the equalization processes, thereby jeopardizing a continued synchronous operation.

För att förhindra ett dylikt drifttillstånd avger över- vakningsanordningen medelst ett tidsorgan en signal, så att efter upphörande av de subtransienta förloppen och efter upphörande av de av de motoriska förbrukarna levererade extra strömmarna de ohmska motstånden urkopplas.In order to prevent such an operating state, the monitoring device emits a signal by means of a timer, so that after the cessation of the subtranscent processes and after the cessation of the extra currents supplied by the motor consumers, the ohmic resistors are switched off.

Resistansernas dimensionering säkerställer att de kortslutningen direkt matande generatorernas momentbelastning är approximativt densamma som momentbelastningen av de generatorer, som via de inkopplade resistanserna matar kortslutningen.The dimensioning of the resistors ensures that the torque load of the short-circuits directly supplying the generators is approximately the same as the torque load of the generators which supply the short-circuit via the connected resistors.

Såsom ytterligare en möjlighet föreslås att för ytterligare dämpning under de transienta förloppen först bortkopplas en delresistans. Den av tidsorganet avgivna signalen tillföres tyristorn Thl såsom tändsignal, så att endast delresistansen Rl.l förblir i kretsen i serie med tyristorn Thl. Därvid har på grund av ovannämnda belastningslikhet även här de ohmska motståndens dimensionering beaktats.As a further possibility, it is proposed that for further attenuation during the transient processes a partial resistance is first disconnected. The signal emitted by the timer is applied to the thyristor Th1 as an ignition signal, so that only the partial resistance R1.1 remains in the circuit in series with the thyristor Th1. Due to the above-mentioned load similarity, the dimensioning of the ohmic resistors has also been taken into account here.

Innan genom tändning av den elektroniska brytaren Sl delresistanserna respektive den i kretsen kvarvarande del- resistansen överbryggas, så att synkron drift kan upptagas, måste först strömgränsvärdet övergående och tidsberoende ökas eller strömgränsvärdesgivaren spärras.Before by switching on the electronic switch S1 the partial resistances and the partial resistance remaining in the circuit are bridged, so that synchronous operation can be taken up, the current limit value must first be temporarily and time-dependent increased or the current limit value sensor blocked.

Eftersom på grund av större relativa avvikelser av lastvinklarna från varandra även större utjämningsförlopp kan uppkomma mellan systemen Syl och Sy2 är det under tiden för dessa utjämningsförlopp till dess att generatorerna åter är i fas icke önskvärt med en frånkopplingssignal från strömsgränsvärdesgivaren. Strömgränsvärdet friges åter tidsberoende. Har till dess generatorerna icke kommit i fas, eftersom genom eventuella oförutsedda faktorer, t ex vid 10 15 7802580-6 6- drivmaskineriet eller i magnetiseringskretsen, lastvink- larnas inbördes relativa läge icke tillåter fortsatt synkron gång, mätes de föreliggande strömpendlingarna av gränsvärdes- givaren, och när strömgränsvärdet uppnås, släckes den elektro- niska brytaren Sl. De båda delresistanserna Rl.l och Rl.2 dämpar utjämningsförloppen till dess att övervakningsanordningen medelst en strömproportionell signal signalerar att utjämningsför- loppen avklingat så mycket att utan risk för anläggnings- delar en frånskiljning av de pendlande generatorgrupperna kan ske medelst en samlingsskenekopplingsbrytare Sl.3. 7 Såsom redan antytts är det givetvis möjligt att koppla flera försörjningssystem eller även förbrukargrupper under avsevärd ökning av effektområdet medelst kortslutningsskydds- anordningen. Därvid styres-kortslutningsanordningarna på sådant sätt att en selektiv överbryggning av de ohmska resi- stanserna kan ske i riktning från kortslutningspunkten.Since due to larger relative deviations of the load angles from each other also larger equalization processes can occur between the systems Syl and Sy2, it is during the time of these equalization processes until the generators are in phase again undesirable with a disconnection signal from the current limit sensor. The current limit value is again released time-dependent. Until the generators have not come into phase, because due to any unforeseen factors, for example at the drive machinery or in the excitation circuit, the relative position of the load angles does not allow continued synchronous operation, the present current oscillations are measured by the limit sensor. , and when the current limit value is reached, the electronic switch Sl. The two partial resistors R1.1 and R1.2 attenuate the equalization processes until the monitoring device signals by means of a current-proportional signal that the equalization processes have subsided so much that without risk of plant parts a separation of the oscillating generator groups can take place by means of a busbar switch. 7 As already indicated, it is of course possible to connect several supply systems or even consumer groups with a considerable increase in the power range by means of the short-circuit protection device. The short-circuit devices are then controlled in such a way that a selective bridging of the ohmic resistances can take place in the direction from the short-circuit point.

Denna åtgärd skulle även vid avsevärt utvidgade effektomrâden säkerställa en fortsatt synkron gång av försörjningssystemen.This measure would ensure continued synchronous operation of the supply systems even in the case of significantly expanded power ranges.

Claims

10 15 20 25 30 7802580-6 PATENT REQUIREMENTS

A short-circuit protection device for a high-power internal network, wherein several generators grouped together supply a busbar to which consumers are connected and in which the primary winding of a current transformer is connected between the groups, while a resistance, parallel, is arranged in the secondary circuit of the current transformer. coupled to an electronic quick-release switch (S1), which, when a limit current is exceeded, switches on the resistance (R1) in said circuit, characterized in that the electronic quick-release switch (S1) after decay of the subtranscent process and those of motor consumers (V 1) emitted currents completely or partially bridge the resistance consisting of several partial resistances (R ll, R 1.2), whereby switch-on and switch-off signals for the electronic quick-switch (S 1) are emitted by a monitoring device (Ü).

Short-circuit protection device according to Claim 1, characterized in that the electronic circuit breaker (S 1) consists of a circuit breaker (S 1.1) and one or more thyristors (Th 1) (R 1.2).

Short-circuit protection device according to Claim 2, which bridges a part of the partial resistances, characterized in that after the sub-transient sequence has subsided, the electronic quick-release circuit breaker (S11) remains switched off, while the thyristor (Th 1) is switched on and is connected in series with one of the partial resistances (R ll).

Short-circuit protection device according to Claim 1, characterized by such a dimensioning of the partial resistances (R 11, R 1.2) that the torque load of the short-circuit direct-supply generators (G ll, G 1.2) is almost equal to that of the generators (G 2.1 , G 2.2, G 3.1, G 3.2) torque load, which via the partial resistances (R 1.1, R 1.2) supply the short circuit. 78,025 80- 6 10 15 20 B

Short-circuit protection device according to Claim 2, characterized in that after bridging the partial resistances (R l.l, R 1.2) by switching on the electronic quick-release switch (S l.l), the current limit value is temporarily increased in dependence on a time signal.

6. Short-circuit protection device according to claim 2, characterized in that after bridging the partial resistances (R l.l, R 1.2) by switching on the electronic quick-release switch (S l.l) the current limit value exceeds. walking is blocked depending on a time signal.

Short-circuit protection device according to Claim 1, characterized in that current oscillations occurring after the short-circuit and after ignition of the electronic switch (S ll) are measured by the monitoring device (Ü) and that when the current limit value is reached and the output of a time signal is switched off. the electronic quick release switch (S ll) is released and the resistance (R ll, R 1.2) is switched on for current attenuation.

Short-circuit protection device according to Claim 7, characterized in that after the current attenuation, the monitoring device (Ü) emits a signal proportional to the decayed current value for disconnecting the oscillating generator groups.