SE457588B - Seriekondensatorutrustning - Google Patents

Description

457 588 2 statiskt kopplingsorgan får mycket hög snabbhet och möjliggör därför en användning av seriekondensatorn för dämpning av transienter och störningar i ett nät. Ett kopplingsorgan kan anordnas med en kombination av halv- ledarelement (för snabb omkoppling) och mekaniska kontakter (för låga förluster under stationär drift).

Uppfixmingen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bi- fogade figurer 1-8. Fig 1 visar en seriekondensatorutrustning enligt upp- finningen, där kondensatorbatteriet har en fast huvuddel samt ett flertal omkopplingsbara delar, varvid varje kopplingsbar kondensatordel är försedd med en s k lastkopplare för in- och urkoppling av delen. Fig 2 visar en annan utföringsform av uppfinningen, där för in- och urkoppling av konden- satordelarna används en lindningskopplare bestående av en stegkopplare och en lastkopplare. Fig 3 visar en ytterligare utföringsform. där en som en s k brytvaljare utföra linaningekepplare används m- m- och urkoppling av kondens atorstegen.

Fig ll visar en utföringsform där den fasta kondensator- delens kapacitiva reaktans kan såväl ökas (genom inkoppling av ytterligare kondensatorsteg) som minskas (genom seriekoppling av kondensatorn med en eller flera induktaraser) . 'Fig 5 visar en utrustning enligt uppfinningen, där den fasta kondensatordelen består av två parallellkopplade grenar och där omköpplingsorganen för variation av utrustningens reaktans är anord- nade diagonalt mellan de båda grenarna. Fig 6 visar ett exempel på den fysiska uppbyggnaden av en utrustning enligt uppfinningen. Fig 7 visar hur som ett alternativ till fig 6 manöverorganet för lindningskopplaren kan anordnas utanför en utrustningen inneslutande inhängnad. Fig 8 visar ett exempel på hur de i utrustningen ingående kopplingsorganen kan realiseras med hjälp av statiska kopplingselement (tyristorer) . ' Pig 1 visar en fas av en seriekondensatorutmstning enligt uppfinningen.

Normalt är en sådan utrustning trefasig. och då anordnas för kraftled- níngens båda övriga faser två ytterligare kondensatorutrxxstningar, var och en lika utförd som den i fig l visade.

Själva seriekondensatorn är inkopp- lad i en kraftledning L och består av en fast huvuddel C samt ett antal omkopplingsbara kondensatordelar Cl-Cll. Varje kondensatordel är därvid på känt sätt uppbyggd av ett flertal serie- och/eller parallellkopplade kondensatorenheter. Kondensatom C är därvid så dimensionerad att den alstrar huvuddelen av kondensatorutrustningens reaktiva effekt. medan kondensatorstegen Cl-Cli vart och ett svarar för en :mindre del. I fig 1 är endast fyra kopplingsbara kondensatorsteg visade, men antalet kan vara 4571 588 såväl större som mindre. varvid storleken hos varje kopplingsbart steg avpassas så att en lämplig storlek erhålles hos kopplingsstegen.

Vart och ett av kondensatorstegen C1-G4 är försett med ett kopplingsorgan, LB1-LB4. Dessa kopplingsorgan utgörs av s k lastkopplare av den typ som ingår i lindningskopplare för krafttransformatorer. Lastkopplarna kan exempelvis vara av det slag som beskrivs i ASEAS broschyr ZF22-007E, fig 3 (enhet b), fig 12. En sådan lastkopplare. t ex LB1, har fyra fasta kontak- ter FC11-FC14. Vidare har den en rörlig kontakt H01. vilken är så utformad att den kan göra kontakt med två men ej tre av de fasta kontakterna. De fasta kontakterna FC11 och FC lä är direkt förbundna med lastkopplarens utgångsledningar Y och Z. De fasta kontakterna FC12 och FC13 är förbundna med ledningarna Y och Z via resistanser Rll och B12. Lastkopplaren är via ledningarna Y och Z ansluten parallellt med det kopplingsbara kondensator- steget Cl. Den rörliga kontakten MC1 är förbunden med den ena - Z - av lastbrytarens utgàngsledningar.

Med den rörliga kontakten i det läge som visas för lastkopplaren LB1 är kondensatorn C1 kortsluten och alltså förbikopplad. Vid inkoppling av kondensatorn C1 rörs den rörliga kontakten åt höger i figuren, varvid kraftlinjeströmmen under ett första skede leds genom kontakten FCl2 och motståndet R11. Under ett kort intervall under den rörliga kontaktens rörelse gör den kontakt med båda de fasta kontakterna FC12 och FCl3. varvid en uppladdning av kondensatorn erhålles under strömdelning mellan motståndet R11 och kondensatorn. Detta tillstånd inträffar då den rörliga kontakten intar det för brytaren LB2 visade läget. När den rörliga kon- taktens rörelse är fullbordad intar kontakten det för LB3 och LB4 visade läget, varvid respektive kondensatorsteg är inkopplat i serie med huvud- batteriet C. A Vid bortkoppling av ett kondensatorsteg förflyttas stegets rörliga kontakt åt vänster i figuren. De i lastkopplaren ingående motstånden förhindrar därvid att kondensatorsteget kortsluts via den rörliga kontakten.

Kondensatorutrustningen är försedd med skyddsorgan, t ex enligt de prin- ciper som beskrivs i IEEE PROC, Vol 128. Pf. C. No. 6, Nov. 1981: ”EBV Series Capacitor Equipment Protection and Control" (N T Fahlén). Varje kondensatordel är därvid på känt sätt försedd med ett överspänningsskydd i form av en varistor, V, V1-V4. Parallellt med hela utrustningen är ett vr 457 588 L' I triggat gnistgap SG anordnat. Detta har två huvudelektroder MEI och MEZ samt en tändelektrod TE, vilken triggar gnistgapet i beroende av strömmen genom varistorn V. Varistorströmmen avkänns med hjälp av en i serie med varistorn anordnad strömtransformator CT. Parallellt med hela seriekonden- satorn är även anordnad en förbigångsbrytare BR, vilken vid ostörd drift är öppen men som sluts automatiskt vid fel i utrustningen.

Fig 2 visar en alternativ utföringsform av en kondensatorutrustning enligt uppfinningen. På samma sätt som i fig 1 finns ett fast kondensatorbatteri C och fyra kopplingsbara kondensatorsteg 01-04. Kopplingsorganen består i det i fig 2 visade alternativet av en lindningskopplarutrustning med en stegkopplare SS och en enda lastkopplare LB. Den senare kan därvid ha samma uppbyggnad och funktion som de i anslutning till fig 1 beskrivna lastkopplarna. Stegkopplaren kan exempelvis vara av ASEAs typ UC. vilken är beskriven i den ovan nämnda ASEA-broschyren ZF22-007E. Stegkopplaren SS har ett antal fasta kontakter FCIO-FCSO. samt två rörliga kontakter MCA och MCB, vilka är anslutna till lastkopplaren LB. På vid lindningskopplare känt sätt är i stationärt tillstànd en första av (MCA i fig 2) strömförande och den andra kontakt Den strömlösa kontakten kan därvid förflyttas ti fast kontakt, varefter med hjälp av de rörliga kontakterna en (HCB i fig 2) strömlös. ll önskad intilliggande lastkopplaren en överkoppling från den första till den sistnämnda kontakten göres. I det i fig 2 visade läget är den till kontakten FC20 anslutna rörliga kontakten HGA ansluten till kraftledningen L via lastkopplaren. Kondensatorsteget Cl, men ej de övriga stegen, är därvid inkopplat i serie med huvudbatteriet C. En inkoppling av ett ytterligare kondensatorsteg - G2 - kan nu utföras genom att med hjälp av lastkopplaren stegkopplarens rörliga kontakt HCB inkopplás, varvid kontakten MCA blir strömlös. Den senare kontakten kan därvid i strömlöst tillstànd förflyttas till önskad fast kontakt. t ex FCHO. varefter med hjälp av lastkopplaren en inkoppling av ett ytterli gare kondensatorsteg - G3 - kan göras.

Seriekondensatorutrustningens skyddsorgan är utformade på samma sätt som de i fig 1 visade.

Mellan kraftledningen L och det yttersta kondensatorstegets C14 fria ände kan om så önskas ett impedanselement W inkopplas. Impedanselementet kan exempelvis utgöras av ett motstånd, i ett typiskt fall med resistansen 100 ohm. Detta impedanselement är i fig 2 visat med streckade linjer. 5 457 588 Alternativt kan, såsom visas med en prickad linje i fig 2. kondensator- stegets Cü fria ände direkt anslutas till kraftlinjen L. Dessa tre i fig 2 visade alternativ är samtliga användbara och ger olika fördelar. De lägsta kraven på brytförmâga hos lastkopplaren LB ställs dock om en förbindelse mellan kondensatorsteget Cü och kraftlinjen L helt saknas. eftersom då de till höger i figuren om stegväljarens aktuella läge liggande kondensator- stegen icke deltar i omkopplingsförloppet.

Fig 3 visar en ytterligare utföringsform enligt uppfinningen, där kopp- lingsorganet för omkoppling av utrustningens effektiva kapacitans utgöres av en s k brytväljare av en typ som används för omkoppling av lindningar hos krafttransformatorer. Brytväljaren har ett enda rörligt kontaktsystem MC, vilket rör sig mellan en uppsättning fasta kontakter FC11-FCÄU. De fasta kontakterna FC11, FC21 etc år direkt anslutna till kondensator- stegen. Mellan varje sådant par av fasta kontakter är tvâ ytterligare fasta kontakter, t ex FC12 och FC13, anordnade och via motstånd R11 och R12 anslutna till kondensatorstegen. Det rörliga kontaktsystemet HC gör kontakt med två fasta kontakter åt gången men ej med tre kontakter.

Kontakten MC är i figuren visad i ett sådant stationärt läge där konden- satorstegen G3 och CU är kortslutna och därför förbikopplade. Vid t ex urkoppling av steget C2 förs kontakten MC åt vänster i figuren till dess att den gör kontakt med kontakten FC21. Under ett intervall under detta omkopplingsförlopp gör kontakten MC kontakt både med kontakterna FC22 och FC23. varvid motstånden R21 och B22 förhindrar en direkt kortslutning av kondensatorsteget C2.

På samma sätt som beskrivits i anslutning till fig 2 kan förbindelsen mellan punkterna P1 och P2 helt utelämnas eller också ersättas med ett impedanselement H.

Den i fig 3 visade brytväljaren är endast ett exempel. En alternativ ut- formning av en brytväljare är ASEAQ brytväljare typ UZ, vilken beskrivs i den ovannämnda ASEA-broschyren ZF22-007E och i ASEAS katalog BON-00283. En sådan brytväljare har ett enda rörligt kontaktsystem med en huvudkontakt och två hjälpkontakter samt två i serie med hjälpkontakterna kopplade mot- stånd. Antalet kontakter och motstånd blir därför mindre än vid den i fig 3 visade utformningen, och brytväljaren blir därför enklare och ekonomiskt mera fördelaktig. 457 sas ; 6 Fig ll visar en ytterligare utföringsform av uppfinningen. där den kapacitiva reaktansen hos kondensator-batteriets huvuddel C såväl kan ökas genom inkoppling av ytterligare kondensatorsteg i serie som minskas genom tillkoppling av ett eller flera induktanssteg i serie.

De kopplingsbara kondensatorstegen är betecknade med Cl-Cl! och induktans stegen med Ll-Llh På samma sätt som beskrivits i anslutning till fig 3 är en brytväljare SW anordnad som kopplingsorgan. Ildet i figuren visade läget hos den rörliga kontakten MC är induktansstegen 1.3 och LH inkopplade i serie med kondensa- torbatteriet C, vilket medför en minskning av den kapacitiva reaktansen hos batteriet. En förflyttning av den rörliga kontakten MC åt höger i figuren innebär en ökning av utrustningen kapacitiva reaktans och en för- flyttning åt vänster en minskning av denna reaktarxs.

Eventuellt kan ett impedanselement W, t ex ett motstånd, anslutas mellan punkterna P1 och P2 i figuren.

Fig 5 visar en utföringsform av uppfinningen, riet är uppdelat på två parallella grenar. Var och en av dessa grenar består av ett flertal seriekopplade delkondensatorer 010-012 respektive C20-C22. Diagonalt mellan de båda parallella grenarna ör på det i figuren visade sättet en seriekoppling av fyra induktanser LIO-IJJO anordnade.

Ett eller flera av induktanselementen kan förbikopplas med hjälp av ett kopp-_ lingsorgan. t ex en brytväljare SW. På detta sätt kan seriekondensator- utrustningens effektiva kapacitiva reaktaxxs varieras stegvis. Vid denna utföringsform ställs låga krav på kopplingsorganets brytförmåga, variationsområ-det hos den kapacitiva reaktansen blir ocks litet. där seriekondensatorbatte- men å förhållandevis w De impedanselement (LIO-LHO) som i fig 5 används för styrning av utrust- ningens effektiva reaktans kan alternativt utgöras av et t antal seriekopp- lade kondensatorer.

Enligt ett ytterligare alternativ kan diagonalgranen LIO-LLIO, SW i fig 5 ersättas av en blandad induktor-kondensatorkoppling, exempelvis den i fig 1! visade kopplingen SW, Ll-Llh Cl-Cll.

Fig 6 visar ett exempel på uppbyggnaden av en utrustnin g enligt uppfin- ningen .

Utrustningen är anordnad på en plattform l, vilken befinner sig på kraftledningens L potential. Plattformen uppbörs av isolatorpelare 2, 3, ll, 5, vilka vilar på fundament 21, 31, 141, 51. De i utrustningen ingående enheterna är endast schematiskt visade. Kondensatorbatteriets huvuddel C 7 457 588 betecknas med 6 i figuren. Enheten 7 innefattar överspäxmingsskydd i form av varistorer och gnistgap samt förbigàngsbrytaren. Förbigångsbrytarens manövermekanism 13 är placerad på jordpotential och manöverrörelsen över- förs till brytaren med hjälp av en isolerande stång 131. De omkopplings- bara kondensatorstegen är i figuren betecknade med 8 och 9, och dessa är belägna på ömse sidor om en lindningskopplare 10 för omkoppling av konden- satorstegen. Lindningskopplarens kontakter kan arbeta i luft. Alternativt kan lindningskopplaren anordnas i en tank, vilken är fylld med olja eller en elektronegativ gas. t ex SFG, för ökning av kontakternas brytförmåga.

Lindningskopplarens manövermekanism 11 är anordnad på jordpotential och manöverrörelsen överförs till lindningskopplaren via en isolerande stång 111.

Av säkerhetsskäl är en utrustning av detta slag omsluten av ett stängsel 16, vilket visas schematiskt i fig 7. Lindningskopplarens manövermekanism 11 kan placeras utanför detta stängsel, varvid manöver-rörelsen överförs till lindningskopplaren via en stång eller ett rör 15. en vinkelväxel 14 samt den isolerande stången eller röret 111. Härigenom kan underhåll av lindningskopplarens manövermekanism utföras utan att seriekondensator- utrustningen behöver tas ur drift.

Ovan har beskrivits hur lindningskopplare med mekaniska kontakter används som kopplingsorgan i utrustningen. Alternativt kan de mekaniska kontak- terna på vid transformatorlindningskopplare känt sätt ersättas med statiska kopplingsorgan, företrädesvis tyristorer. Därvid är även mellan- former möjliga, vid vilka t ex stegkopplaren har mekaniska kontakter medan lastkopplaren är försedd med tyristorer. _Ett exempel på en sådan lastkopp- lare visas i fig 8. Den har två uttag Y och Zavsedda att anslutas till en stegkopplare. Dess tredje uttag U är förbundet med uttagen Y och Z. direkt via tyristorparen T11-T12 och Tlil-Tl-IZ, samt via motstånden Rl och R2 via tyristorparen T2l-T22 och T31-T32. Tyristorerna erhåller styrsignaler från ett styrdon CD. I stationärt tillstànd är uttaget U exempelvis förbundet med uttaget Y genom att tyristorerna T11 och T12 är strömförande och övriga tyristorer icke ledande. En överkoppling till uttaget Z sker på. följande sätt. 'Iyristorerna T2l och T22 får tändsignal, och tändsignalerna till tyristorerna T11 och T12 avbryts. Vid nästa nollgenomgâng hos växel- strömmen slocknar tyristorerna T11 och T12, och lastströmmen flyter via tyristorerna T21 och T22 och motståndet Bl. Därefter ges styrsignal till tyristorerna T3l och T32. Lastströmmen fördelas nu mellan uttagen Y och Z, 457 ses 8 och en kortslutningsström mellan dessa uttag förhindras av motstånden Bl och RZ. Därefter avbryts tändsig-rxalen till tyristorerna T21 och T22 och tändsigxxal ges till tyristorerna T1l1 och T1i2. Tyristorerna T21, T22, 'P31 och T32 slocknar vid nästa nollgenomgâng och lastströmmen är överflyttad från uttaget Y till uttaget Z.

Tyristoriserade lindningskopplare av detta slag är väl kända genom exempelvis den brittiska patentskriften 1 126 8110. den västtyska offentliggjorde ansökningen 18 07 589, USA-patentskriften 3 1437 913, den svenska utläggningsskriften 350 1113. den västtyska offentliggjorde ansökningen 17 63 075, den svenska utläggningsskriften 367 273 samt den svenska utläggningsskriften 1436 529.

De ovan beskrivna utföringsformerna av en utrustning enligt uppfinningen är endast exempel och ett stort antal andra utföringsformer är tänkbara inom ramen för uppfinningen. ' Sålunda har i de ovan utföringsexemplen som kopplingsorgan använts en lindningskopplare för krafttransformatorer. ekonomiskt fördelaktig, Härigenom erhålles en driftsäker och robust utrustning med hög drift- säkerhet. Även andra typer av kopplingsorgan kan dock användas inom ramen för uppfinningstaxflcen.

De tre faserna hos en seriekondensatorutrustning enligt uppfinningen kan styras antingen symmetriskt, dvs så att reaktanserna hos de tre fasernas kondensatorbatterier alltid är lika. eller också osymmetriskt, vilket under vissa förhållanden kan vara fördelaktigt. '

Claims (3)

457 583 PATmnmAg ' v E'

1. Seriekonderxsatorutrustning för inkoppling i en kraftledning och inne- fattande organ (SS, LB, Cl-Cll) för omkoppling under drift av utrustningens reaktaras, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda organ innefattar ett flertal sinsemellan seriekopplade kondensatormoduler (Cl-Gli) samt till dessa anslutna kopplingsorgan (SS, LB, 10) för in- och urkoppling av ett varierbart antal av kondensatormodulerna, vilka kopplingsorgan innefattar en transformatorlindningskopplare med i sekvens arbetande kopplingsstëllen (FCI-FCH) samt impedanselement (RI, R2) så anordnade att direkt kortslut- ning av kondensatormodulerna förhindras, varvid lindningskopplarens kon- taktorgan är anordnade på kraftledningens potential på en från jord isole- rad plattform (1), och varvid lindningskopplarens drivdon (11) är anord- nade på jordpotential och mekaniskt förbundna med kontaktorganen (10) med hjälp av elektriskt isolerande organ (111) för överförande av manöver- rörelsen.

2. Seriekondensatorutnzstning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d därav. att nämnda impedanselement (RI, R2) utgörs av resistanser.

3. Seriekondensatorutnmtning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att kopplingsorganens kontaktorgan är anordnade i ett. av en elektronegativ gas bestående brytmedium.