SE449151B - Skyddsanordning for en seriekondensator - Google Patents

Description

15 20 30 449 151 Det är även känt att vid skyddsanordningar av ovannämnda slag anordna ett- med forcerad triggning försett skyddsgnistgap parallellt med det spännings- 3 beroende motståndet. Kostnaden för motståndet kan därvid hållas nere genom x att det dimensioneras för att endast absorbera en begränsad energimängd.

När den absorberade energin överskrider den genom dímensioneringen förut- bestämda nivån, aktiveras parallellgnistgapet, vilket sedan släcks genom n. yttre strömbrytning eller shuntning. Olika trigganordningar för ett skydds- gnistgap av nämnda slag är kända. Vid dessa anordningar tas energin för triggning av gnistgapet från en i serie med motståndet anordnad ström- transformator (se t ex US-patentskriften H 17U 529 och svenska utläggnings- skriften 810ü18H-0). Eftersom triggningen kan kräva relativt hög effekt får denna transformator hög typeffekt och blir därför dyrbar. Dessa an- ordningar är vidare försedda med kopplingsorgan (t ex i form av transištor- strömställare) som är komplicerade och dyrbara. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en skyddsanordning av ovannämnda slag som inte är behäftad med de nämnda olägenheterna. Detta uppnås enligt uppfinningen med en skyddsanordning som har de i patentkrav 1 angivna kännetecknen.

Skyddskretsen enligt uppfinningen ger ökad driftsäkerhet och har dessutom bl a den fördelen att det är en s k passiv krets som ej kräver hjälpspän- ningsmatning. I motsats till de nämnda kända kretsarna, där triggningen initieras av strömmen genom motståndet, sker triggningen mot en spänning som växer linjart oth :om vid táuíuingen uppgår till endast en liten del av hela spänningen över kondensatorn. Därigenom uppnås god triggnoggrann- het, varvid snävare marginaler vid dimensioneringen av motståndet kan tillåtas. Kostnaden för skyddskretsen kan därmed reduceras, framför allt genom att metalloxidmotståndets storlek kan minskas högst väsentligt. Dess- utom kan man använda billiga gn1st"ap och kríngkomponenter.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett antal ut- föringsexempelunderhänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar principen för en skyddsanordning enligt uppfinningen, fig 2 visar schematiskt ström-spänningskarakteristiken för en motstånds- gren som ingår i skyddsanordningen enl fig 1, fig 3, H och 5 visar tre olika skyddskretsar med vardera två seriekopplade 20 25 30 35 449 151 .manga huvudgnistgap och en trigganordning bestående av hjälpgnistgap och motstånd, och fig 6 visar en skyddskrets där trigganordningen innefattar en pulstrans- formator för upptransformering av pulser för triggning av gnist- gapet.

Fig 1 visar en skyddskrets för ett i en högspänningsledning L inkopplat seríekondensatorbatteri C. Kondensatorbatteriet är endast schematiskt visat och består i verkligheten av ett stort antal serie- och/eller paral- lellkopplade kondensatorenheter. En motståndsanordning, bestående av ett spänningsberoende motstånd R1 i serie med ett linjärt motstånd H2, är kopplad parallellt över kondensatorbatteriet för att skydda detta mot farliga över- spänningar som kan uppträda exempelvis vid en kortslutning pâ högspännings- ledningen. Motståndet R1 är uppbyggt av ett stort antal serie- och/ellen parallellkopplade Zn0-varistorblock. Ett gnistgap Gáär kopplat parallellt över motståndsanordningen RI, R2 för att skydda denna mot överbelastning.

Eventuellt kan i serie med gnistgapet anordnas en dämpkrets, t ex bestående av en parallellkoppling av en reaktor och ett motstånd, för att begränsa kondensatorströmmens amplitud när gnistgapet tänds. Parallellt med gnist- ëfi gapet G ligger en förbikopplingsbrytare S1, vilken sluts en viss tid efter det att gapet tänts, dels för att skydda gapet mot överbelastning, dels för att möjliggöra en snabb återinkoppling av ledningen efter en kortslut- ningsbrytning.

För triggning av gnistgapet G utnyttjas spänningen över det linjära mot- ståndet R2, vilken spänning tillföres en trigganordning T, som i sin tur tänder gnistgapet. Trigganordningen kan vara utförd på flera olika sätt, såsom framgår av fig 3-6.

Fig 2 visar schematiskt dels totala spänningen över de seriekopplade mot- stånden R1, R2 (= kondensatorspänningen uc) som funktion av strömmen iR genom motstånden (kurva A), dels spänningen över enbart zinkoxidmotståndet H1 som funktion av in (kurva B).

Vid en kortslutning på ledningen L stiger strömmen genom kondensatorbatteriet och därmed även kondensatorspänningen uc. När kondensatorspänningen (momen- tanvärdet) har stigit till värdet u kommuteras strömmen över till mot- 1! ståndsgrenen RT, R2. Vid ytterligare strömökning sker en endast svag ökning av delspänningen över zinkoxidmotståndet R1 (pga detta motstånds starka 10 15 20 25 30 35 449 151 I' spänningsberoende), medan delspänningen över motståndet R2 växer linjärt med strömmen. Om kortslutningsströmmens toppvärde uppgår till eller över- stiger värdet i2, som motsvarar en spänning u2 över kondensatorbatteriet, erhålles en spänning u3 över det linjära motståndet R2, vilken är till- räckligt hög för att aktivera trigganordningen T för tändning av gnist- gapet G. Vid tändningen uppgår spänningen u3 endast till ca en tiondel av hela spänningen ua. Anordningen enl fig 1 och 2 kan exempelvis avse en anläggning där u2 = 200 kV, i2 = 10 kA och R2 = 2 ohm.

Vid utföringsformen enligt fig 3 utgöres gnistgapet G av två seriekopplade huvudgnistgap G1 och G2. Parallellt med gnistgapen G1, G2 är en trigg- krets anordnad. Denna består av tre seriekopplade hjälpgnistgap G3, GH^- och GS av precisionsutförande samt ett antal motstånd R3-R7, vilka före- trädesvis är spänningsberoende. Tändspänningen för G3 kan exempelvis vara D,1 uz, där ua är den högsta spänning som tillåts uppträda över kondensatorn, medan tändspänningen för gnistgapen GH och G5 kan vara 0,45 ua.

När vid en kortslutning på ledningen L spänningen över motståndet R2 stiger till värdet 0,1 uz tänder gnistgapet G3. Därvid stiger spänningen över de ännu icke tända hjälpgnistgapen G4 och G5 till en nivå som överstiger É“ dessa gnistgaps tändspänning, varvid även dessa gnistgap tänder. Hela spänningen över kondensatorbatteriet faller därvid över motståndet R3 och därmed även över delgnistgapet G1, vilket därvid tänds. Detta ger i sin tur en fördubbling av spänningen över det andra delgnistgapet G2, varvid även detta tänds.

I serie med zinkoxidmotståndet R1 kan en normalt sluten brytare S2 even- tuellt vara anordnad. Denna brytare kan lämpligen vara styrd från linje- skyddet för ledningen L på sådant sätt, att den öppnar automatiskt om gnistpgapen G1, G2 har tänt och kortslutningsströmmen inte bryts inom viss tid. Denna åtgärd innebär ett ytterligare skydd för Zn0-varistorn R1 och medför ökad driftsäkerhet. Om trots allt ett fel skulle inträffa i en eller flera av de motståndsenheter som ingår i motståndsgrenen R1, R2 möjliggör brytaren S2 att man kan frånkoppla motståndsgrenen och fort- sätta driften på ledningen L under en kortare tid tills man har hunnit åtgärda felet. Eftersom det i motståndsgrenen R1, H2 uppträder relativt långa strömsvaga intervaller vid strömnollgenomgångerna, blir brytningen av motståndsströmmen relativt lätt. Brytaren S2 kan därför utgöras av en relativt enkel högspänningsbrytare. 10 15 20 25 30 5 449 151 Fig H visar en utföringsform av uppfinningen, där triggkretsen förutom de i fig 3 visade komponenterna har ett ytterligare hjälpgnistgap G6 med parallellmotstând R8. Dessutom är zinkoxidmotståndet R1 här uppdelat på två delmotstånd R1a och R1b, och en tvärförbindelse är anordnad via ett motstånd R9 från en punkt mellan dessa delmotstånd till en punkt i hjälp- gnistgapskedjan på så sätt, att gnistgapet G6 tillförs spänningen över delmotståndet Rlb. Tändspänningen för hjälpgnistgapet G3 kan även i detta fall vara 0,1 u2, medan tändspänningarna för gnistgapen G4-G6 och uppdel- ningen av zinkoxidmotståndet R1 anpassas så, att det vid tändningen ligger en spänning på 0,15 u över G6 och 0,75 ua över GN och G5. 2 Genom detta arrangemang uppnås en förstärkning av triggeffekten och där- igenom en säkrare funktion.

Utföringsformen enligt fig 5 skiljer sig från den i fig U visade genom att man, i stället för att ta ut en triggspänning från motståndet R1, använder kondensatorbatteriet C som spänningsdelare. Kondensatorbatteriet är därvid uppdelat i två delbatterier C1 och C2, som är anslutna till triggkretsen L; på så sätt, att spänningen över C1 tillförs de seriekopplade gnistgapen G3 och G6, medan spänningen över C2 tillförs gnistgapen Gå och G5. Upp- delningen av kondensatorbatteriet på C1 och C2 kan exempelvis göras så, att totala kondensatorspänningen fördelas med 0,2 uc på C1 och 0,8 uc på C2.

Fig 6 visar en utföringsform där triggkretsen innefattar en pulstransformator _TR, vars lågspänningslindning (primärlindning) är ansluten via en varistor R10 till det linjära motståndet R2. ?arallellt över transformatorns låg- spänningslindning ligger ett linjärt motstånd R11. Transformatorns TR hög- spänningslindning är kopplad till en trigganordning T för tändning av gnistgapet G. Trigganordningen kan exempelvis vara uppbyggd på i princip samma sätt som den i fig 3 visade. I fig 6 har även inritats den ovan nämnda dämpkretsen D och förbikopplingsbrytaren S1.

Under normal drift går praktiskt taget hela strömmen i ledningen L genom kondensatorbatteriet C, och motståndsgrenen R1, R2 är strömlös. Vid kort- slutningsström i ledningen L går strömmen, under den del av strömhalv- vågorna då dess momentanvärde överstiger en viss gräns, genom motstånds- grenen R1, R2, varvid ett spänningsfall uppstår över motståndet R2.

Claims (6)

10 15 449 151 6 Så länge denna spänning ligger under en viss nivå upptas den helt av varistorn R10, och spänningen över transformatorns lågspänningslindning är praktiskt taget noll. Om nämnda spänningsnivå överskrides, sker en snabb strömökning genom varistorn R1O och motståndet B11, varvid spänningen över transformatorns lågspänningslindning ökar i det närmaste språngartat. Genom detta utförande uppnås en distinkt tändning av gnistgapet G. Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen , utan flera modifikationer är möjliga. Således kan t ex dämpkretsen D och brytarna S1 och S2 ingå i vilken som helst av de visade kretsarna- Vidare kan en skyddsanordning enligt uppfinningen även förses med en energiabsorp- tionsdetektor, som är anordnad att avkänna energiabsorption i motståndet R1 och vid behov för att förhindra överbelastning av motståndet avge en signal för triggning av gnistgapen. Denna detektor kan exempelvis vara utförd så som beskrivits i den ovan nämnda svenska utläggningsskriften 810418U-O- Man kan även tänka sig att i stället för det linjära motståndet R2 använda ett olinjärt motstånd med väsentligt lägre spänningsberoende än metalloxid- motståndet R1, exempelvis ett kiselkarbidmotstånd. PATENTKRAV

1. Skyddsanordníng för en seriekondensator (C) i ett högspänningsnät, vilken anordning innefattar ett av metalloxidvaristorer uppbyggt och paral- lellt med seriekondensatorn anordnat spänningsberoende motstånd (R1), ett parallellt med det spänningsberoende motståndet anordnat gnistgap (G) för shuntning av motståndet vid överbelastning av detta samt en trigganordning (T) för tändning av gnistgapet, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett linjärt motstånd (R2) är seriekopplat med det spänningsberoende motståndet H1, att trígganordningen (T) är anordnad att tillföras den över det linjära motståndet (R2) rådande spänningen i och för aktivering av trigganordningen när denna spänning uppgår till ett förutbestämt värde och att det linjära motståndet (R2) är så anpassat till det spänningsberoende motståndet (RI), att nämnda förutbestämda spänningsvärde utgör en mindre del av hela spänningen över kondensatorn.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda trigganordning (T) innefattar en styrkedja med ett flertal serie- kopplade hjälpgnistgap (G3-G6), varvid ett av hjâlpgnistgapen (G3) ingår i en till det linjära motståndet (R2) ansluten parallellkrets och har en äzu fl-.h-.n-neft- ;_'.-. . .~.-.._-_~;1_f.:_.. . 7 449 151 tändspänning motsvarande nämnda förutbestämda spänning över det linjära motståndet.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att det spänningsberoende motståndet (R1) är anordnat att tjäna som spännings- delare för styrkedjan, varvid en tvärförbíndelse är anordnad från en punkt mellan två av hjälpgnistgapen (GU, G6) till en punkt mellan två serie- kopplade delar (Rïa, R15) av det spänningsberoende motståndet.

4. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att kondensatorn (C) är anordnad att tjäna som spänningsdelare för styrkedjan, É varvid en tvärförbindelse är anordnad från en punkt mellan två av hjälp- gnistgapen (GU, G6) till en punkt mellan två seriekopplade delar av kondensatorn (C1, C2).

5. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att trigganordningen innefattar en pulstransformator (TR), vars lâgspännings- lindning är kopplad via en varistor (R10) parallellt över det nämnda linjära motståndet (R2). E

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att det spänningsberoende motståndet (R1) är seriekopplat med en under normal drift sluten brytare (S2).