SE460323B - Seriekondensatorutrustning - Google Patents

Description

460 325 n 2 Vid seriekondensatorutrustningar av aktuellt slag har för förbikoppling av kondensatorn brytare av utomhustyp använts, vilka dels betingar ett högt pris och dels normalt är markmonterade, vilket kräver markinlösen-och in- hägnader. Som överspänningsskydd har gnistgap använts, vilka det är svårt att få tillfredsställande funktion hos vid de låga spänningar det är fråga om i distributionsnät (t ex svårt att undvika obefogade utlösningar) och vilka kräver ett omfattande underhåll.

Seriekompenseringsutrustningar har därför av tillförlitlighetsskäl och kostnadsskäl hittills endast fått begränsad användning i distributionsnät.

Ranocöaaisa Föa UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma.en seriekondensatorutrustning för distributionsnät, vilken betingar ett lågt pris. har ett enkelt och kompakt utförande, ger fullgott skydd av utrustningens komponenter under alla driftförhàllan- den. inklusive feltillstånd (linjefel, spänningsbortfall, ferroresonans), har hög tillförlitlighet, inte kräver markinlösen eller inhägnader, enkelt kan standardiseras, enkelt kan förprovas i fabrik, enkelt kan transporteras och monteras.

En utrustning enligt uppfinningen kännetecknas av att förbikopplingsorga- nen innefattar en snabbslutare ansluten parallellt med kondensatorn och motståndet, en parallellt med snabbslutaren ansluten lastbrytare samt utlösningsorgan anordnade att initiera slutning av snabbslutaren och lastbrytaren vid överström genom utrustningen. 3 460 323 Med begreppet snabbslutare avses en mekanisk elkopplare med ett kontakt- system som snabbt kan föras ihop till slutet läge. Vid en snabbslutare ställs inga som helst krav på brytförmåga (avjonisering) och inga krav på förmåga att kontinuerligt föra ström. En snabbslutare har väsentligt kortare tillslagstid (t ex 5-30 ms) än en lastbrytare av det slag som kan komma till användning vid uppfinningen (t ex 100 ms). Vid en snabbslutare av aktuellt slag ställs heller inga krav på isolationsavstånd mellan kon- takterna utöver den av de spänningsberoende motstânden bestämda skydds- nivån.

Genom snabbslutaren ges möjlighet att använda t ex ZnO-varistorer som överspänningsskydd för kondensatorbatteriet. Sådana varistorer tål rela- tivt låg energi utan att förstöras men kan effektivt skyddas av snabb- slutaren. Denna kan ges ett enkelt och billigt utförande eftersom den inte behöver ha någon brytförmâga och eftersom den endast behöver föra ström under den tid som krävs för tillslag av lastbrytaren. Denna kan i sin tur utföras enkel och billig, eftersom inga krav ställs på speciellt snabb funktion hos den. Vidare behöver den endast ha en så god brytförmàga att den klarar inkoppling av kondensatorn vid märkström.

Enligt en utföringsform av uppfinningen monteras förbikopplingsorganen och deras styrutrustning i ett jordat skåp, varvid dessa enheter kan vara av inomhustyp, med lågt pris som följd. Skàpet kan vidare enkelt förprovas, transporteras och monteras. Kondensatorerna och de spänningsberoende mot- stànden monteras lämpligen i en kraftledningsstolpe på beröringssäker höjd och förbundna med skåpet via isolerade och företrädesvis jordade kablar, varigenom på ett enkelt och billigt sätt kraven på en inhägnad undvikes.

Företrädesvis monteras även skåpet i stolpen, vilket gör att någon mark för uppställning av utrustningen över huvud taget inte erfordras.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5. Fig 1 visar ett principschema över en utrustning enligt uppfinningen. Pig 2 visar en utrustning enligt fig l. vid vilken förbikopplingsorganen är anordnade i ett jordat skåp och förbundna med kondensatorbatteriet och de spänningsberoende motstànden via kablar. Pig 3a och fig 3b visar en utrustning enligt figurerna 1 och 2, vilken i sin helhet är monterad i en kraftledningsstolpe. Fig U visar ett exempel på 460 323 i 4 hur styrkretsarna för en utrustning enligt uppfinningen kan utformas.

Fig 5 visar hur den erforderliga dämpinduktansen i serie med förbikopp- lingsorganen kan erhållas med hjälp av de kablar som förbinder skåpet med utrustningens övriga komponenter.

BESKRIVNING Av urröamesaxaømax.

Fig 1 visar en fas av en trefasig utrustning enligt uppfinningen. Från ömse håll är fasledarna AR och BR anslutna till kondensatorbatteriet CR via frånskiljare FAR och FCR. Med.hjälp av en tredje frånskiljare FBR kan utrustningen förbikopplas och därmed frànskiljas från ledningen med hjälp av de båda övriga frånskiljarna. Parallellt med kondensatorn CR är en zinkoxidvaristor VR anordnad som överspänningsskydd för kondensatorn.

Parallellt med.kondensatorn och varistorn är en snabbslutare KR och en lastbrytare BE anordnade. Dessa kopplingsorgan är öppna vid normaldrift.

En styrkrets H, vilken innefattar strömkännande organ som känner varistor- strömmen, initierar slutning av de båda kopplingsorganen vid en överspän- ning över kondensatorn. Snabbslutaren KR sluts mycket snabbt - inom t ex 0,5-3 halvperioder av nätspänningen - och skyddar varistorn mot över- belastning. Lastbrytaren BE. som har en tillslagstid på t ex 100 ms, slu- ter därefter och förbikopplar utrustningen.

Snabbslutaren KR behöver inte dimensioneras för kontinuerlig ström. den behöver inte ha någon brytförmåga och den behöver inte uppfylla krav pà isolationsavstånd mellan kontakterna utöver varistorns VR skyddsnivå. Den kan därför enkelt ges den önskade snabba funktionen. Den kan t ex inne- fatta en fjäderförspänd kontakt med kort kontaktväg som hålls i öppet läge av en permanentmagnet. Vid utlösning ger en utlösningsspole ett fält som motverkar permanentmagneten, varvid fjädern mycket snabbt för den rörliga kontakten mot den fasta kontakten. Eventuellt kan en så kallad kortslutare av känt slag användas.

För att dämpa de strömstötar som kan uppkomma vid slutning av förbikopp- lingsorganen är en dämpinduktor LR anordnad i serie med dessa organ. Den utgörs lämpligen av en luftinduktor.

Fig 2 visar hur förbikopplingsorganen KR, BE och styrkretsen H kan anord- nas i ett jordat skåp G. De i skåpet anordnade enheterna är förbundna med utrustningens övriga enheter med hjälp av trefaskablar D, E, F, t ex så 5 _ 460 323 kallade PEX-kablar. Liksom fig 1 visar fig 2 endast en fas - R-fasen - av en trefasig utrustning. De båda övriga faserna är identiska med den visade fasen. Av kablarna är de till R-fasen hörande fasledarna DR, ER, FR visade och de båda övriga fasledarna endast antydda.

Fig 3 visar en i en dubbelstolpe P1-P2 monterad utrustning enligt uppfin- ningen. Fig Sa visar utrustningen sedd vinkelrätt mot kraftlinjen och fig Bb visar utrustningen sedd i kraftlinjens riktning. De tre från ena sidan till stolpen inkommande ledarna AR, AS, AT är fästa vid isolatorer IIR, IIS. I1T. De tre från motsatt sida inkommande ledarna BR, BS, BT är fasta vid isolatorerna I2R, IZS, I2T. De båda till samma fas hörande ledarna är anslutna till på en regel RE1 anordnade frànskiljare FBR. FBS, FBT (vilka kan vara utförda som en trefasig frànskiljare), vilka normalt är öppna. De tre ledarna AR, AS, AT är via på regeln RE2 monterade frånskiljare FAR, FAS, FAT. vilka normalt är slutna, och via ledarna UZR, UZS, U2T förbundna med de tre kondensatorbatterierna CR, CS, CT, vilka är monterade på en regel RE3 men isolerade från denna. De tre ledarna BR, BS, BT är via de tre på regeln RE7 och likaledes normalt slutna frànskiljarna FCR, FCS, FCT samt via ledarna UIR, U1S, UlT förbundna med kondensatorerna och med sammankopplingspunkterna mellan varistorerna VR, VS, VT och dämpindukto- rerna LR, LS, LT. Ledarna UIR, UlS, U1T hålls på avstånd från stolpen och reglarna av isolatorer 138, I3S. IST. Varistorerna är via isolatorer IUR, IHS, IüT upphangda i en regel REN. Under varje varistor och elektriskt förbunden med denna hänger dåmpinduktorn (LR, LS, LT) i samma fas.

Ett jordat skåp G är monterat på reglar RES; RE6. och i skåpet är förbi- kopplingsorganen samt deras styrkretsar monterade. En trefasig PEX-kabel D förbinder de i skåpet G anordnade enheterna med kondensatorernas mot fràn- skiljarna FA vända sida. En likadan kabel E förbinder de i skåpet anord- nade enheterna med varistorerna, och en likadan kabel F förbinder de i skåpet anordnade enheterna med dämpinduktorerna. Varje fasledare hos kablarna är försedd med en ändavslutning, t ex DTR, DTT. FTR. FTT, vilka endast är schematiskt visade i figurerna.

De utanför skåpet G anordnade spänningsförande enheterna hos utrustningen är alla anbringade på en höjd över marken som minst uppgår till det värde - "h" i fig 3a - som krävs för att beröringsrisk ej skall anses föreligga, t ex 6 m. Dessa enheter och förbindningarna mellan dem kan därför ha helt oskyddat utförande, vilket ger lägsta möjliga pris och enkel montering. 460 323 6 Med hjälp av det jordade skåpet G och kablarna D, E, F erhålles på ett enkelt sätt ett fullgott beröringsskydd av de på lägre höjd än "h" monterade delarna av utrustningen. 3 Fig Ä visar ett exempel på hur de i skåpet G anordnade enheterna och kretsarna kan utformas. Skåpet markeras i figuren av en streckprickad linje. Av de utanför skåpet befintliga utrustningsdelarna visas i figuren varistorerna VR, VS och VT, kablarna D (med fasledarna DR, DS, DT), E och F samt induktorerna LR, LS och LT.

De tre strömtransformatorerna TAR, TAS, TAT är inkopplade i serie med varistorerna VR. VS, VT. Deras sekundärlindningar är parallellt med var- andra anslutna till en likriktarbrygga 1, vilken har en varistor 2 som överspënningsskydd. Bryggans likströmsutgång är ansluten till manöverspo- len 3 hos snabbslutarens KR manöverdon KBM. Snabbslutaren KR är visad i öppet läge. varvid fjädrarna 4 är spända. Vid ett linjefel (kortslutning, jordfel) kommer en ström att flyta genom någon av varistorerna VR. VS, VT.

En ström erhålles då genom manöverspolen 3, vilken lösgör snabbslutarens rörliga kontaktorgan, varvid fjädrarna 4 snabbt sluter snabbslutarens kon- takter. Samtidigt sluts manöverdonets hjälpkontakt 5.

Lastbrytaren BE är visad i öppet läge. Den har manöverdonet BEM med man- överspolen 9 och hjälpkontakterna 10, ll. Vidare har manöverdonet en man- ' övermotor 12 som efter ett brytartillslag spänner brytarens manöverfjäder 13. Samtidigt spänns via en mekanisk länköverföring 25 snabbslutarens KR manöverfjädrar 4, varvid snabbslutarens kontakter öppnas.

Energimatning till manöverkretsarna fås från kraftledningen via en spän- ningstransformator lfl och en likriktare 15. Till likriktarutgången är en kondensator 18 ansluten, vilken laddas upp via ett motstånd 16 och en diod 17 och vilken säkerställer spänningshàllningen under en viss tid efter nätspänningsbortfall. Till likriktarens utgång är ett underspänningsrelä 19 anslutet. Vid normal nätspänning är dess kontakt 20 sluten och dess kontakt 2l öppen. Om nätspänningen sjunker under en förutbestämd nivå öppnas kontakten 20 och kontakten 21 sluts. Ett tidrelä 22 matas via kon- I takten 20. och dess kontakt 23 slutes ett förutbestämt tidsintervall (t ex . ~ 10-30 s) efter det att reläspolen fått spänning. 7 460 323 Tre i serie med varistorerna VR, VS, VT kopplade strömtransformatorer TBR, TBS, TBT har sina sekundärlindningar anslutna till ett överströmsrelä 7, vilket som överspänningsskydd har en varistor 6. Relät och dess ström- transformatorer är så dimensionerade att reläts kontakt 8 slutes vid en ström genom någon av varistorerna VR, VS, VT som är mycket lägre än den varistorström som ger utlösning av snabbslutaren KR. Relät indikerar där-- med låga felströmmar, vilka kan ge en långsam överbelastning av seriekon- densatorerna. samt även sådana fel i en varistor som ger en otillåten ökning av varistorns läckström.

Vid inkoppling av utrustningen till linjen eller vid spänningssättning av linjen ligger lastbrytaren BE i slutet läge. Underspänningsreläts kontakt 20 sluts och dess kontakt 21 öppnas. Samtidigt laddas brytarens manöverdon upp. När det i tidrelät 22 inställda intervallet löpt ut sluts kontakten 23. lastbrytarens manöverspole får spänning via den slutna kontakten 11 och brytaren öppnar, varefter seriekondensatorutrustningen är inkopplad till linjen. Brytarens manöverdon laddas åter upp, varefter brytaren är klar för tillslag.

Om linjespänningen faller bort eller sjunker under en förutbestämd nivå sluts underspänningsreläts kontakt 21, manöverspolen 9 får spänning via kontakten l0 och lastbrytaren sluts. Vid återkomst av normal linjespänning laddas manöverdonet upp och inkoppling av seriekondensatorn erhålles efter den av tidrelät bestämda tiden på ovan beskrivet sätt. Genom denna för- dröjda inkoppling av kondensatorn minskas risken för ferroresonans vid inkoppling av linjen.

Vid ett linjefel (kortslutning eller làgohmigt jordfel) utlöses snabb- slutaren och ger en mycket snabb förbikoppling av seriekondensatorutrust- ningen, varigenom varistorerna VR, VS, VT skyddas mot termisk överbelast- ning. Via kontakterna 5 och 10 erhålls en utlösningssignal till last- brytaren, vilken sluter och förhindrar överbelastning av snabbslutaren KR.

Normalt bryts härefter linjen snabbt bort av linjebrytarna.

Vid återinkoppling av linjen laddas manöverdonet upp, varvid även snabb- slutaren KR öppnar och dess manöverfjädrar 4 spänns. Efter den inställda tidsfördröjningen öppnar lastbrytaren BE och kopplar in seriekondensatorn. 460 323 g a 8 Vid låga felströmmar eller vid funktionsfel hos någon av varistorerna drar överströmsrelät 1, manöverspolen 9 får spänning via kontakterna 8 och 10 och lastbrytaren sluter och förbikopplar seriekondensatorerna och varisto- rerna, vilka därmed skyddas mot överbelastning.

Ett från spänningstransformatorn 14 matat och eventuellt termostatstyrt uppvärmningsmotstånd 24 håller skåpets G inre på lämplig temperatur och säkerställer önskad funktion hos de i skåpet anbringade enheterna samt ger frihet från kondens.

Fig 5 visar en utföringsform av uppfinningen. vid vilken dämpinduktorerna LR. LS; LT i fig 1-4 kan undvaras. Kabeln F är förlagd på stolparna Pl, P2 och reglarna RE8, RE9 i en slinga i tillräcklig längd och i tillräckligt antal varv för att ge den önskade dämpinduktansen. Erforderlig dämpinduk- tans är t ex av storleksordningen 50 pH och kan på detta sätt enkelt er- hållas med ett fåtal varv hos kabelslingan.

De ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen är endast exempel på utrustningar inom uppfinningens ram.

Som alternativ till dessa utföringsformer kan exempelvis den elektriska utlösningen av lastbrytaren från snabbslutaren (via hjälpkontakten 5) ersättas av en mekanisk koppling från snabbslutaren till lastbrytaren.

De organ som känner strömmen genom varistorerna kan anordnas att utlösa förbikopplingen av utrustningen i beroende av varistorströmmens tids- integral, vilken är proportionell mot energiutvecklingen i varistorerna.

Härvid kan eventuellt överströmsrelät 7 i fig 4 slopas.

I stället för varistorströmmen kan eventuellt kondensator- eller linje- strömmen avkännas och användas som kriterium för utlösning av förbikopp- lingen av seriekondensatorerna.

För att säkerställa önskad strömdelning mellan lastbrytaren och snabb- slutaren kan dessa båda organ och deras tilledningar utformas så att lämp- liga impedansförhàllanden erhålles. Exempelvis kan en extra impedans an- ordnas i serie med snabbslutaren, t ex genom att dennas tilledningar ut- föres av ett material med högre resistans än koppar (t ex järn). En sådan extra resistans ger också battre dämpning av eventuella svängningsförlopp vid slutning av elkopplaren. a (J v)

Claims (9)

9 _ 460 323 PATENTKRAV

1. Seriekondensatorutrustning för distributionsnät med ett kondensator- batteri (CR) för inkoppling i en kraftledning (AR, BR), med ett parallellt med kondensatorbatteriet anslutet spänningsberoende motstånd (VR) för skydd av kondensatorbatteriet mot överspänningar, och med förbikopplings- organ (KR, BE) för förbikoppling av kondensatorn och motståndet vid över- ström genom utrustningen, k ä n n e t e c k n a d därav, att förbikopp- lingsorganen innefattar en snabbslutare (KR) ansluten parallellt med kon- densatorn och motståndet. en parallellt med snabbslutaren ansluten last- brytare (BE) samt utlösningsorgan (TAR, TAS, TAT; 1, 3, 5) anordnade att initiera slutning av snabbslutaren och lastbrytaren vid överström i kraft- ledningen.

2. Seriekondensatorutrustning enligt patentkravet 1, k a n n e t e c k- n a d därav. att förbikopplingsorganen är anordnade i ett jordat skåp (G). vilket är placerat i anslutning till en kraftledningsstolpe (P1, P2), samt att kondensatorbatteriet (CR, CS. CT) och de spänningsberoende mot- stånden (VR, VS, VT) är placerade i stolpen på beröringssäker höjd över marken och förbundna med skåpet med hjälp av kablar (D, E, F).

3. Seriekondensatorutrustning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a d därav, att skåpet (G) är anordnat i stolpen (P1, P2).

4. Seriekondensatorutrustning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att utlösningsorganen innefattar spännings- kännande organ (19) anordnade att initiera slutning av lastbrytaren (BE) om kraftledningens spänning sjunker under en förutbestämd nivå.

5. Seriekondensatorutrustning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar fördröjningsorgan (22) anordnade att vid spänningssättning av utrustningen fördröja öppnandet av lastbrytaren (BE).

6. Seriekondensatorutrustning enligt något av föregående patentkrav, k å n n e t e c k n a d av att den innefattar strömkännande organ (TBR, TBS, TBT, 7) anordnade att vid förhöjd ström genom nagot av de spännings- beroende motstànden initiera slutning enbart av lastbrytaren (BE). 460 323 m

7. Seriekondensatorutrustning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a'd av att dämpinduktanser (LR, LS, LT) är anordnade i serie med förbikopplingsorganen (KR, BE).

8. Seriekondensatorutrustning enligt patentkraven 2 och 1, k ä n n e- t e c k n a.d därav, att åtminstone en av kablarna (F) är förlagd i en slinga för bildande av dämpinduktanserna.

9. ISeriekondensatorutrustning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att utlösningsorganen innefattar strömkännande organ (TAR, TAS, TAT, 1, 3), anordnade att avkänna.strömmen genom taristorerna och att initiera slutning av snabbslutaren (KR) och lastbrytaren (BE) om denna ström överstiger en förutbestämd nivå. m” n,-