SE459136B - Seriekondensatorutrustning - Google Patents

Description

-kapacitans åstadkomma ett enkelt överspänningsskydd med störst 459 136 gen bestå av en fast del, seriekopplad med en varierbar del, där den senare delen skulle utgöras av ett flertal seriekopplade delkondensatorer anordnade att in- eller förbikopplas med hjälp av elektromekaniska eller statiska kopplingsorgan.

Det har visat sig innebära problem att få fram ett överspänningsskydd för en varierbar seriekondensator. Att anordna ett enda överspënníngsskydd parallellt med hela seriekondensatorutrustningen är in gen framkomlig väg eftersom den spänning, vid vilken skyddet skall aktiveras. varierar inom vida gränser med antalet inkopplade kondensatorsteg; En tänkbar lösning vore att anordna ett separat överspänningsskydd parallellt med varje del- kondensator. En sådan utrustning skulle dock bli komplicerad och dyrbar, och det har visat sig svårt att få fram lämpliga gnistgap för de relativt låga spänningar det typiskt sett blir fråga om över varje delkondensator.

REDoGöRELsa FÖR UPPFINNINGEN uppfinningen avser att för en seriekondensatorutrustning med varierbar a möjliga driftsäkerhet.

Vad som kännetecknar en utrustning enligt uppfinningen framgår av bifo- gade patentkrav. En sådan utrustning blir enkel, snabb och utomordentligt driftsäker eftersom den kan byggas upp av ett fåtal enkla och robusta kom- ponenter i huvudkretsen och helt utan elektroniska kretsar m ed àtföljande_ fördröjningar och krav på matningsspänningar.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5. Fig 1 visar schematiskt en kondensatorutrustning enligt uppfinningen. Fig 2 visar ett exempel pà hur en krets kan utformas för triggning av överspänningsskyddet i beroende av spänningen över den fasta kondensatordelen. Fig 3 och fig H visar alternativa kretsar för triggning av det över den fasta kondensatordelen anordnade gnistgaps- skyddet. Pig 5 visar en ytterligare alternativ utföringsform. 459 136 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Pig 1 visar en seriekondensatorutrustning, vilken är inkopplad i en elektrisk högspänningskraftledning L. Utrustningen består av ett flertal i serie med varandra kopplade delkondensatorer. På känt sätt består givetvis varje delkondensator av ett flertal serie-parallellkopplade kondensator- element till sådant antal att erforderlig ström och spänningshanterings- förmåga erhålles. Utrustningen har en del CO med fast kapacitans och en del Cl-Cn med variabel kapacitans. För styrning av kapacitansen hos den sistnämnda delen av utrustningen är en elektromekanisk elkopplare av lindningskopplartyp LC anordnad. Denna har ett antal fasta kontakter C01, C12 etc. vilka är anslutna till hopkopplingspunkterna mellan de i den . variabla kondensatordelen ingående delkondensatorerna Cl-Cn. Elkopplaren har vidare en rörlig kontakt CM. vilken kan förflyttas mellan de fasta kontakterna. Elkopplaren är endast schematiskt visad i fig 1 och inne- fattar i praktiken, på samma satt som en transformatorlindningskopplare, hjälpkontakter och impedanselement vilka säkerställer dels att omkoppling kan ske utan avbrott i huvudströmkretsen, och dels att kortslutning av delkondensatorerna under kopplingsförloppen förhindras. Elkopplarens rörliga kontakt CM är via en brytare Bl förbunden med en anslutningspunkt E till linjen L. Brytaren Bl förutsättes ligga till vid normal drift. Om så skulle vara nödvändigt kan man genom att öppna brytaren mycket snabbt åstadkomma att samtliga delkondensatorer i den variabla delen inkopplas utan att elkopplarens förhållandevis långsamma rörelse behöver avvaktas.

Punkterna D och E i fig 1 kan vara direkt förbundna med varandra så som visas i figuren med en heldragen linje. Alternativt kan ett impedans- element X, t ex ett motstånd, inkopplas mellan de båda nämnda punkterna.

Alternativt kan om så önskas den i figuren visade förbindelsen mellan de båda punkterna helt utelämnas.

Lämpligen är utrustningen så dimensionerad att minst hälften av den totala spänningen över utrustningen tas upp av den fasta delen CO och följaktli- gen högst hälften tas upp av den variabla delen Cl-Cn. I ett typiskt fall_ var dimensioneringen sådan att den fasta delen vid nominell linjeström tar upp en spänning på #5 kV. Var och en av delkondensatorerna Cl-Cn hos den variabla delen tar vid samma ström upp spänningen 3 kV. Antalet delkonden- satorer i den variabla delen förutsättes vara n = 10. Den variabla delen tar alltså upp en nominell maximalspänning på 30 kV, dvs ÄO Z av den totala spänningen över kondensatorutrustningen. 459 136 För att skydda kondensatorutrustningen mot överspänningar är ett första gnistgapsskydd G0 anslutet över utrustningens fasta del CO och ett andra gnistgapsskydd G anslutet över utrustningens variabla del C1-Cn. Hopkopp- lingspunkten A mellan det första och det andra gnistgapsskyddet är för- bunden med hopkopplingspunkten B mellan den fasta och den variabla kon- densatordelen via ett motstånd B. Överspänningsskyddet innehåller vidare en dämpkrets bestående av ett dämpmotstànd RD och en dämpinduktans LD och som har funktionen att reducera och dämpa transienter och svängningar som uppstår då överspänningsskyddet aktiveras. I överspänningsskyddet kan på ett i och för sig känt sätt ingå varistorer, exempelvis zinkoxidvaristo- rer, vilka t ex kan vara anslutna över var och en av delkondensatorerna i utrustningen. På känt sätt innehåller överspänningsskyddet vidare en bry-- tare B2 som vid ostörd drift ligger frànslagen och som slås till då över- spänningsskyddet aktiveras av en icke visad utlösningskrets för att skydda gnistgapen mot långvariga.överströmmar och för att bilda en möjligast förlustfri förbikopplingsväg förbi en felbehäftad kondensatorutrustning.

Gnistgapet GO hos det första.gnistgapsskyddet är försett med en trigg- anordning, i fig 1 symboliserad som en triggelektrod TE, vilken aktiveras av en triggkrets T. Triggkretsen ligger ansluten parallellt med den fasta kondensatordelen CO och avkänner alltså spänningen över denna kondensator.

Den sålunda avkända spänningen är proportionell mot linjeströmmen och där- med även mot spänningen över var och en av delkondensatorerna i utrust- ningens variabla del. Om triggkretsen T är anordnad att aktivera gnist- gapet G0 då spänningen över kondensatorn CO med en viss faktor överstiger den nominella spänningen så kommer spänningen över var och en av de icke förbikopplade av delkondensatorerna Cl-Cn att med samma faktor överstiga den nominella spänningen över delkondensatorn.

När triggkretsen T tänder gnistgapet G0 kommer hela kondensatorspänningen momentant att, bortsett från ljusbàgsspänningsfall, lägga sig över mot- ståndet R. Motståndet begränsar därvid även kondensatorns CO urladdnings- ström. Spänningsfallet över motståndet lägger sig, liksom summan av momentanspänningarna över de inkopplade delkondensatorerna i den variabla. delen, över gnistgapet G som därvid tänds. Pâ detta sätt erhålles ett effektivt och driftsäkert överspänningsskydd för kondensatorutrustningen, vilket kan byggas upp av existerande gnistgap och andra komponenter och vilket skyddar de ingående kondensatorerna lika effektivt oberoende av antalet för ögonblicket inkopplade delkondensatorer. 459 136 Motståndet R bör vara möjligast induktansfritt. Det kan exempelvis utgöras av ett porslinskapslat keramiskt motstånd eller eventuellt av en kisel- karbidvaristor. Dess resistans bör vara så låg att en tillräckligt hög ström erhålles för att säkerställa fullgod funktion hos gnistgapet G0. Ett lämpligen resistansvärde har i typfallet visat sig vara av storleksord- ningen 100 ohm.

I anslutning till det ovan beskrivna dimensioneringsexemplet antas över- spänningsskyddet vara anordnat att träda i funktion vid en spänning som med faktorn 2,5 överskrider den nominella spänningen. Gnistgapet GO tänds alltsa vid en spänning 2 - 45 = 112,5 Kv över kondensatorn CO. För det fall att alla delkondensatorerna i den variabla delen är förbikopplade får spänningen över gnistgapet G samma värde, dvs 112,5 kV. och gnistgapets tändspänning får alltså inte överstiga detta värde. För det fall att samtliga delkondensatorer i utrustningens variabla del är inkopplade blir spänningen över denna del med de ovan gjorda antagandena 10 - 2,5 - 3 = = 75 kV. Gnistgapets G tändspänning maste alltså överstiga det nämnda värdet 75 kV. Gnistgap som uppfyller dessa krav kan enkelt byggas av befintliga komponenter.

Efter en aktivering av överspänningsskyddet brinner de båda gnistgapen GO och G till dess att förbikopplingsbrytaren B2 automatiskt slås till och kortsluter gnistgapen. Dessa avjoniseras därvid och kondensatorutrust- ningen kan ånyo tas i drift genom att förbikopplingsbrytaren B2 öppnas.

Den ovan beskrivna uppbyggnaden av kondensatorutrustningen och dess över- spänningsskydd är endast ett exempel. och anordningen kan varieras på många sätt inom ramen för uppfinningen. Sålunda kan exempelvis den i fig 1 visade lindningskopplarlika anordningen för variation av utrustningens kapacitans ersättas med andra organ. Exempelvis kan sålunda i stället en mekanisk eller statisk elkopplare anordnas parallellt med var och en av den variabla kondensatordelens delkondensatorer. Genom att öppna en sådan elkopplare kopplas den motsvarande kondensatorn in och genom att sluta elkopplaren förbikopplas delkondensatorn. Elkopplarna kan därvid exempel- vis utgöras av antiparallellkopplade tyristorer.

I fig 1 har gnistgapen för enkelhets skull visats som enkla kulgnistgap.

Sådana gnistgap kan användas, men som alternativ kan också exempelvis sådana gnistgap användas som är uppbyggda av ett flertal seriekopplade delgnistgap. 459 156» 6 Fig 2 visar en kondensatorutrustning som skiljer sig från den i fig 1 visade endast genom utformningen av det första gnistgapsskyddet, dvs det gnistgapsskydd som är anslutet parallellt med den fasta kondensatordelen CO. Detta i fig 2 visade gnistgapsskydd är utfört enligt de principer som beskrivs i den ovan nämna svenska utläggningsskriften 358 509. Skyddet har två seriekopplade huvudgnistgap G1 och G2 som bildar en första gnistgaps- kedja. Parallellt med denna är en styrkedja ansluten, i vilken ingår två precisionsgnistgap G11 och G21. Sådana gnistgap är väl kända. De har en mycket väl definierad tändspänning men kan endast föra en begränsad ström.

I serie med precisionsgnistgapen är ett motstånd R3 anslutet. Parallellt med varje precisionsgnistgap är ett spänningsberoende motstånd R1 resp R2 anslutet. Ett motstånd.Rü bildar en tvärförbindelse mellan styrkedjan och- huvudgnistgapskedjan.

Motstånden RS och RQ kan vara linjära eller spån- ningsberoende.

Motstånden R1 och B2 är relativt högohmiga och styr spän- ningsfördelningen likformigt mellan de båda precisionsgnistgapen G11 och G21. Vid en uppträdande överspänning som överstiger precisions gnistgapens tändspänning tänds dessa gap.

Hela överspänningen faller då i princip över motståndet R3 och därmed över gapet G1 vilket därvid tänds. Efter tänd- ningen av gapet G1 faller hela överspänningen över motståndet H4 och därmed över gapet G2 vilket tänds. Härefter följer överspänningsskyddets funktion samma förlopp som beskrivits ovan i anslutning till fig 1, dvs spänningen över kondensatorn CO lägger sig över motståndet R. gapet G tänder och de tre nu tända gnistgapen kortsluter effektivt kondensator- utrustningen och hindrar denna från att skadas av överspänningen.

Fig 3 visar en ytterligare alternativ utföringsform av det med den fasta kondensatordelen CO parallellkopplade gnistgapsskyddet. Gnistgapet G0 har här två huvudelektroder E1 och EZ. Vid varje huvudelektrod är en hjälp- elektrod. E11 resp E12. anordnad. Parallellt med gnistgapet GO är en styr- kedja anordnad. vilken består av två seriekopplade motstånd, R5 och R6, samt ett precisionsgnistgap GA. En uppträdande överspänning tänder gnist- gapet GA, och fördelar sig därefter över motstánden R5 och R6. Spänninge- fallet över vart och ett av dessa motstånd ger upphov till en urladdning mellan en huvudelektrod och motsvarande hjälpelektrod, vilket initierar tändning av fiuvudgnistgapet G0. Funktionen följer därefter det ovan beskrivna förloppet. I serie med gnistgapet GA är ett motstånd B9 anord- nat, vilket tvingar över strömmen från gnistgapet GA till huvud gnistgapet GO. 459 136 Fig Ä visar en ytterligare utföringsform av det med den fasta kondensator- delen CO parallellkopplade gnistgapsskyddet. Denna variant överensstämmer till uppbyggnad och funktion väl med den i fig 2 visade och i anslutning därtill beskrivna kretsen. Precisionsgnistgapen G11 och G21 i fig 2 är emellertid i fig Ä ersatta med varistorer RT och R8, t ex zinkoxidvaristo- rer. Styrmotstánden Rl och R2 i fig 2 har därmed blivit överflödiga och kan slopas. Funktionen hos kretsen enligt fig 4 är i allt väsentligt den- samma som hos kretsen i fig 2. En uppträdande överspänning som överstiger summan av varistorernas H7 och H8 knäspänningar ger upphov till en kraftig ström genom styrkedjan R7. R3, R8 och därmed till ett kraftigt spännings- fall över motståndet R3. Detta spänningsfall tänder gapet G1 och därmed pà i anslutning till fig 2 beskrivet sätt gapet G2.

Som framgår av ovanstående redogörelse är överspänningsskyddet enligt upp- finningen så anordnat att det träder i funktion vid en viss förutbestämd nivå på linjeströmmen, så vald att det av detta strömvärde och varje del- kondensators reaktans bestämda spänningsfallet över delkondensatorn hind- ras från att uppnå för kondensatorn skadliga värden. Enligt de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna används spänningsfallet över kon- densatorutrustningens fasta del CO som ett mått på linjeströmmen. Som synes erhålles härigenom en utomordentligt enkel och robust uppbyggnad av överspänningsskyddet och en fullständig eliminering av behovet av elektro- niska styrkretsar, matningsspänningar etc. Detta innebär även att de beskrivna kretsarna blir mycket snabba. Detta är av stor vikt då en tänd- fördröjning innebär att en överspänning kan hinna anta ett förhöjt värde innan skyddet hinner träda i funktion.

I de ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen är det parallellt med utrustningens fasta del anordnade gnistgapet försett med en trigg- anordning (t ex "T" i fig 1). I de fall gnistgapet (t ex GO. fig 1) har tillräckligt väldefinierad tändspänning och tillräcklig strömhanterings- förmåga kan givetvis trigganordningen utelämnas.

Som alternativ till de ovan beskrivna skyddskretsarna, där som nämnts spänningen över den fasta kondensatordelen används som ett mått pà linje- strömmen, kan givetvis sistnämnda ström mätas direkt med hjälp av något lämpligt mätdon, exempelvis en mättransformator, vars sekundärspänning, när den överstiger ett förutbestämt tröskelvärde, bringas att via lämp- liga utlösningskretsar trigga det parallellt med kondensatordelen CO anordnade första gnistgapsskyddet. |

Claims (6)

459 136 Fig 5 visar ett exempel på en sådan anordning. En fast kondensatordel CO är seriekopplad med en av kondensatorerna Cl-C7 bestående variabel konden- satordel. vars kapacitans kan varieras med hjälp av kopplingsorganen B11-B17, Som vilka kan utgöras av mekaniska eller statiska kopplingsorgan. visas i fig 5 är det inte obetingat nödvändigt att motståndets R anslut- ningspunkt B till kondensatorkedjan sammanfaller med hopkopplingspunkten mellan den fasta och den variabla kondensatordelen. En mättransformator IM avger en signal i, som motsvarar linjeströmmen, till en symboliskt visad trigganordning T, TE, vilken triggar gnistgapet GO vid en förutbestämd nivå på linjeströmmen. PATENTKRAV

1. Seriekondensatorutrustning med ett kondensatorbatteri (CO: Cl-Cn) för inkoppling i en elektrisk kraftledning (L), k ä n n e t e c k n a d därav, att batteriet har en första del (CO) samt en med den första delen seriekopplad andra del (Cl-Cn) med varierbar kapacitans. varvid ett första gnistgapsskydd (GO, T. TE) är anslutet över den första delen av kondensa- torbatteriet och ett med det första gnistgapsskyddet seriekopplat andra gnistgapsskydd (G) är anslutet över den andra delen av kondensatorbatte- riet. varvid de båda gnistgapsskyddens hopkopplingspunkt (A) är ansluten till de båda kondensatorbatteridelarnas hopkopplingspunkt (B) över ett impedanselement (R), samt varvid det första gnistgapsskyddet (GO) är anordnat att tändas vid en förutbestämd nivå på strömmen i kraftledningen.

2. Seriekondensatorutrustning enligt patentkrav 1. k ä n n e t e c k - n a d därav, att impedanselementet utgörs av ett motstånd (R).

3. Seriekondensatorutrustning enligt nagot av patentkraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första gnistgapsskyddet innefattar en gnistgapskedja med två seriekopplade huvudgnistgap (G1, G2) samt en med gnístgapskedjan parallellkopplad styrkedja med spänningsberoende element. (G11, G21) och impedanselement (R3), varvid styrkedjan i en punkt mellan två spänningsberoende element är förbunden med gnistgapskedjan i en punkt mellan två gnistgap för tändning av gnistgapen (Gl. G2) vid överskridande av de spänningsberoende elementens (G11, G12) genombrottsspänning. 459 136

4. Seriekondensatorutrustning enligt patentkrav 3. k ä n n e t e c k - n a d därav, att de spänningsberoende elementen utgörs av precisione- gnistgap (G11, G21).

5. Seriekondensatorutrustning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att de spänningsberoende elementen utgörs av varistorer (R7, R8).

6. Seriekondensatorutrustning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att det första gnistgapsskyddet innefattar ett huvudgap (GO) med två elektroder (El, E2) och minst en hjälpelektrod (E11. E12), att en styrkedja (RS, GA, R6) är parallellkopplad med huvudgapet, att styrkedjan- innefattar spänningsberoende element (GA) och impedanselement (H5, R6), samt att hjälpelektroden (E11) är ansluten till styrkedjan på sådant sätt att ett vid genombrott av det spänningsberoende elementet uppträdande spänningsfall över ett impedanselement (R5) pàtrycks mellan hjälpelektro- den och en huvudelektrod (El) för tändning av gnistgapet.