WO1998002948A1 - Schaltungsanordnung für eine hochspannungskabelanlage - Google Patents

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WO1998002948A1
WO1998002948A1 PCT/DE1997/001473 DE9701473W WO9802948A1 WO 1998002948 A1 WO1998002948 A1 WO 1998002948A1 DE 9701473 W DE9701473 W DE 9701473W WO 9802948 A1 WO9802948 A1 WO 9802948A1
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sheath voltage
limiters
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Winfried Fricke
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H02H7/228—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices for covered wires or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/048—Checking overvoltage diverters

Definitions

  • the invention is in the field of electrical circuits and is to be used in the monitoring of high-voltage cable systems, the metallic cable sheaths, each forming an electrical conductor, being connected to sheath voltage limiters, so-called protective resistors.
  • Protective resistors of this type are used both in cable systems with cable sheaths grounded on one side and in cable systems with crossed cable sheaths to protect the corrosion protection and the sheath separation points against overvoltages ("Electra", 1990, No. 148, pp. 47-60).
  • the sheath voltage limiters consist of voltage-dependent resistors which are connected in the area of each crossover point between each cable sheath and earth. A failure of such a resistor leads to a malfunction of the cross-out system and can be qualitatively determined by checking the sheath currents. A corresponding fault location must then be initiated (DE-Z "Elektrizticians ocean", 1971, Issue 26, pages 753 to 761).
  • the monitoring of the sheath voltage limiters is combined with the monitoring of the corrosion protection of the cable sheaths. It is possible to individually measure the characteristics of the sheathed protective resistors designed as voltage-dependent resistors (varistors).
  • a multi-core pilot cable is laid parallel to the cable system, the wires of which are connected to the two poles of a test voltage source on the one hand and to the on the other Cable sheaths and the ground connections of the varistors are connected.
  • the earth connections of the varistors must be disconnected using switches, which means that the protective function of the varistors is lost for the duration of the measurement.
  • a measuring generator For the supply of the measuring voltage, a measuring generator is used, which generates adjustable voltages of up to 10 kV and which contains an ammeter with which direct currents in the range of A can be measured (DE-Z "Elektrizticians ocean", 1988, No. 10) , Pages 527 to 529).
  • the invention is based on the object of simplifying the circuit arrangement and thereby creating the possibility of continuous monitoring during the operation of the cable system.
  • each sheath voltage limiter consists of two non-linear resistors connected in series with the same resistance characteristic and that the respective test wire is connected to the two non-linear resistors via a series resistor in a T circuit.
  • each sheath voltage limiter Due to the division of each sheath voltage limiter into two non-linear resistors with the same resistance characteristic and the supply of the measuring voltage to the electrical center of this sheath voltage limiter, such a circuit arrangement does not require any particular ones
  • the circuit is used for both cable systems one-sided earthing of the cable sheaths as well as for cable systems with crossed cable sheaths, whereby the sheath voltage limiters can be arranged in a delta connection or in a star connection with an earthed star point.
  • sheathed voltage limiters are arranged in a star connection with a free star point, only three non-linear resistors with the same resistance characteristic are required at each intersection, since with this type of circuit two of the three resistors are in series, so that the resistors are further divided in two partial resistors of the same resistance characteristic.
  • FIGS. 1 to 4 Four exemplary embodiments of the new circuit arrangement are shown in FIGS. 1 to 4.
  • 1 shows a circuit arrangement for a cable system with one-sided grounding of the metal sheaths
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement for a cable system with crossed cable sheaths, the sheath voltage limiters being arranged in a star connection with an earthed star point
  • 1 shows a circuit arrangement for a cable system with one-sided grounding of the metal sheaths
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement for a cable system with crossed cable sheaths, the sheath voltage limiters being arranged in a star connection with an earthed star point
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement for a cable system with crossed cable sheaths, in which the sheath voltage limiters are arranged in a delta connection
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement for a cable system with crossed cable sheaths, in which the sheath voltage limiters are arranged in a star connection with a free star point.
  • Figures 1 to 3 only one phase of the cable system is shown.
  • Figure 1 shows a schematic representation of e ne phase 1 of a three-phase cable system, the conductor with R and the cable jacket with M R are designated.
  • the jacket M B is grounded on one side at point 2.
  • the ca belmantel M R connected to earth 20 via two cased voltage limiters 3 and 4.
  • the test wire 6 of a test cable (not shown in detail) in a T-circuit is excluded via a high-resistance series resistor 7.
  • This test wire leads the measuring voltage from a measuring voltage source 8, which is arranged in a measuring device 10.
  • the measuring device 10 also has a display device for a current sensor 9, which is arranged in the course of the test wire 6 within the measuring device or in the region of the resistors 3 and 4 and controls the display device via a signaling wire 11.
  • This display device can also be arranged at another location of a corresponding monitoring device. -
  • the measuring loop is closed via the two resistors 3 and 4 and their direct or indirect, via the cable sheath M R grounding and the grounded pole of the test voltage source 8.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 corresponds in principle to the exemplary embodiment according to FIG. 1, but with the difference that the sheath voltage limiters 3 and 4 are arranged in the region of an intersection between successive partial lengths of a three-phase high-voltage cable system.
  • the shells of the partial lengths 12 and 13 of phase R are crossed out with the shells of the partial lengths of the other phases S and T, which are not shown in detail, the circuit arrangement shown, which corresponds to the circuit arrangement according to FIG. 1, being present once for each phase is. In the case of cable systems with several outcrossing points, this circuit arrangement must be provided for each outcrossing point.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 essentially corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. Ter Kunststoff that the respective or the respective sheath voltage limiter are not connected to earth but are connected to each other in a delta connection.
  • the sheathed voltage limiter is made up of two non-linear resistors 3 and 4 connected in series with the same resistance characteristic, it is also possible here to apply the measuring voltage in a T-circuit to the two non-linear resistors connected in series. The measuring loop is closed for both partial resistors via the grounded cable sheaths of the subsequent cable part lengths.
  • Figure 4 shows schematically a three-phase high-voltage cable system with the phases R, S and T, which are connected in the area of an intersection with the sheath voltage limiters 23, 24 and 25 in the form of a star connection.
  • the three sheath voltage limiters in the form of non-linear resistors each have the same resistance characteristic.
  • the measuring voltage is brought up to the free star point 26.
  • This star point also forms the electrical center point required for the function of the new circuit arrangement between two mutually connected sheath voltage limiters. It is therefore not necessary in this case to further subdivide the sheath voltage limiters 23, 24 and 25 into two partial resistors.

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Abstract

Um bei Hochspannungskabelanlagen während des Betriebes die Mantelspannungsbegrenzer (3, 4) überwachen zu können, besteht jeder Mantelspannungsbegrenzer aus zwei in Reihe geschalteten nichtlinearen Widerständen (3, 4), an die eine die Prüfspannung zuführende Prüfader (6) in T-Schaltung angeschlossen ist.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung für eine Hochspannungskabelanlage
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schaltungen und ist bei der Überwachung von Hochspannungskabelanlagen anzuwenden, deren metallene, jeweils einen elektrischen Leiter bildende Kabelmäntel mit Mantelspannungsbegrenzern, sogenannten Schutzwiderständen, beschaltet sind. Derartige Schutzwiderstände werden sowohl bei Kabelanlagen mit einseitig geerdeten Kabelmänteln als auch bei Kabelanlagen mit ausgekreuzten Kabelmänteln zum Schutz des Korrosionsschutzes und der Manteltrennstellen gegen Überspannungen verwendet ("Electra", 1990, No . 148, S. 47 - 60).
Bei einer bekannten Kabelanlage mit ausgekreuzten, metallenen Kabelmänteln bestehen die Mantelspannungsbegrenzer aus spannungsabhängigen Widerständen, die im Bereich jeder Auskreuzungsstelle zwischen jeden Kabelmantel und Erde geschaltet sind. Ein Ausfall eines solchen Widerstandes führt zu einer Störung des Auskreuzungssystems und kann qualitativ durch Kontrolle der Mantelstrόme erfaßt werden. Anschließend ist eine entsprechende Fehlerortung einzuleiten (DE-Z "Elektrizitätswirtschaft" , 1971, Heft 26, Seiten 753 bis 761).
Bei einer anderen bekannten Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln ist die Überwachung der Mantelspannungsbegrenzer mit der Überwachung des Korrosionsschutzes der Kabelmäntel kombiniert. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kennlinien der als spannungsabhängige Widerstände (Varistoren) ausgebildeten Mantelschutzwiderstände individuell zu messen. Zur Durchführung dieser Messung ist parallel zur Kabelanlage ein mehradriges Pilotkabel verlegt, dessen Adern einerseits an die bei- den Pole einer Prüfspannungsquelle und andererseits an die Kabelmäntel und die erdseitigen Anschlüsse der Varistoren angeschlossen werden. Während der Messung der Kennlinien müssen die Erdverbindungen der Varistoren mit Hilfe von Schaltern aufgetrennt werden, wodurch für den Zeitraum der Messung die Schutzfunktion der Varistoren verloren geht. - Zur Zuführung der Meßspannung dient im übrigen ein Meßgenerator, der Glei- spannungen einstellbarer Höhe bis zu 10 kV erzeugt und der einen Strommesser enthält, mit dem Gleichströme im Bereich von A gemessen werden können (DE-Z "Elektrizitätswirtschaft", 1988, Heft 10, Seiten 527 bis 529) .
Ausgehend von einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung zu vereinfachen und dabei die Möglichkeit einer kontinuierlichen Überwachung während des Betriebes der Kabelanlage zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jeder Mantelspannungsbegrenzer aus zwei in Reihe geschalteten nichtlinearen Widerständen mit gleicher Widerstandskennlinie besteht und daß die jeweilige Prüfader über einen Vorwiderstand in T-Schaltung an die beiden nichtlinearen Widerstände angeschlossen ist.
Eine derart ausgestaltete Schaltungsanordnung benötigt infolge der Aufteilung jedes Mantelspannungsbegrenzers in zwei nichtlineare Widerstände mit gleicher Widerstandskennlinie und der Zuführung der Meßspannung zum elektrischen Mittel- punkt dieses Mantelspannungsbegrenzers keine besonderen
Schalteinrichtungen zum Trennen von Erdverbindungen und erlaubt daher eine kontinuierliche, automatisierbare Überwachung der Mantelspannungsbegrenzer ohne Beeinträchtigung der Funktion der Kabelanlage im Normalbetrieb und im Kurzschluß- fall. Die Schaltung ist dabei sowohl für Kabelanlagen mit einseitiger Erdung der Kabelmäntel als auch für Kabelanlagen mit ausgekreuzten Kabelmänteln geeignet, wobei die Mantelspannungsbegrenzer in Dreieckschaltung oder in Sternschaltung mit geerdetem Sternpunkt angeordnet sein können. Bei Anord- nung der Mantelspannungsbegrenzer in Sternschaltung m t freiem Sternpunkt werden insgesamt an jeder Auεkreuzungsstelle nur drei nichtlineare Widerstände mit gleicher Widerstands- kennlinie benötigt, da bei dieser Schaltungsart jeweils zwei der drei Widerstände in Reihe liegen, so daß sich eine weite- re Aufteilung der Widerstände in jeweils zwei Teilwiderstände gleicher Widerstandskennlinie erübrigt. -
Vier Ausführungsbeispiele der neuen Schaltungsanordnung sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit einseitiger Erdung der Metallmäntel, Figur 2 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln, wobei die Mantelspannungsbegrenzer m Sternschaltung mit geerdetem Sternpunkt angeordnet sind,
Figur 3 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln, bei der die Mantelspan- nungsbegrenzer in Dreieckschaltung angeordnet sind und Figur 4 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln, bei der die Mantelspannungsbegrenzer in Sternschaltung mit freiem Sternpunkt angeordnet sind. In den Figuren 1 bis 3 ist dabei jeweils nur eine Phase der Kabelanlage dargestellt.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die e ne Phase 1 einer dreiphasigen Kabelanlage, wobei der Leiter mit R und der Kabelmantel mit MR bezeichnet sind. Der Mantel MB ist an der Stelle 2 einseitig geerdet. Am anderen Ende ist der Ka- belmantel MR über zwei hintereinandergeschaltete Mantelspannungsbegrenzer 3 und 4 gegen Erde 20 geschaltet. An den elektrischen Mittelpunkt der beiden als nichtlineare Widerstände gleicher Widerstandskennlinie ausgebildeten Mantelspannungs- begrenzer 3 und 4 ist über einen hochohmigen Vorwiderstand 7 die Prüfader 6 eines nicht näher dargestellten Prüfkabels in T-Schaltung ausgeschlossen. Diese Prüfader führt die Meßspannung von einer Meßspannungsquelle 8 heran, die in einem Meßgerät 10 angeordnet ist. Das Meßgerät 10 weist auch eine An- Zeigeeinrichtung für einen Stromsensor 9 auf, der im Zuge der Prüfader 6 innerhalb des Meßgerätes oder im Bereich der Widerstände 3 und 4 angeordnet ist und über eine Meldeader 11 die Anzeigeeinrichtung ansteuert. Diese Anzeigeeinrichtung kann auch an einer anderen Stelle einer entsprechenden Über- wachungseinrichtung angeordnet sein. - Die Meßschleife wird über die beiden Widerstände 3 und 4 und deren direkte bzw. indirekte, über den Kabelmantel MR verlaufende Erdung und den geerdeten Pol der Prüfspannungsquelle 8 geschlossen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht im Prinzip dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Mantelspannungsbegrenzer 3 und 4 im Bereich einer Auskreuzungsstelle zwischen aufeinanderfolgenden Teillängen einer dreiphasigen Hochspannungskabelanlage ange- ordnet sind. Die Mäntel der Teillängen 12 und 13 der Phase R sind dabei mit den Mänteln der Teillängen der übrigen, nicht näher dargestellten Phasen S und T ausgekreuzt, wobei die dargestellte Schaltungsanordnung, die der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 entspricht, jeweils einmal für jede Phase vor- handen ist. Bei Kabelanlagen mit mehreren Auskreuzungsstellen ist diese Schaltungsanordnung für jede Auskreuzungsstelle vorzusehen .
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 entspricht im wesentli- chen dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 jedoch mit dem Un- terschied, daß der jeweilige bzw. die jeweiligen Mantelspannungsbegrenzer nicht gegen Erde geschaltet sondern untereinander in einer Dreieckschaltung verbunden sind. Bei Ausgestaltung der Mantelspannungsbegrenzer aus jeweils zwei hin- tereinander geschalteten, in ihrer Widerstandskennlinie gleichen nichtlinearen Widerständen 3 und 4 besteht auch hier die Möglichkeit, die Meßspannung in T-Schaltung an die beiden jeweils hintereinander geschalteten nichtlinearen Widerstände heranzuführen. Die Meßschleife wird dabei für beide Teilwi- derstände über die geerdeten Kabelmäntel der anschließenden Kabelteillängen geschlossen.
Figur 4 zeigt schematisch eine dreiphasige Hochspannungskabelanlage mit den Phasen R, S und T, die im Bereich einer Auskreuzungsstelle mit den Mantelspannungsbegrenzern 23, 24 und 25 in Form einer Sternschaltung beschaltet sind. Die drei Mantelspannungsbegrenzer in Form von nichtlinearen Widerständen weisen jeweils die gleiche Widerstandskennlinie auf. Die Meßspannung ist an den freien Sternpunkt 26 herangeführt. Dieser Sternpunkt bildet zugleich den für die Funktion der neuen Schaltungsanordnung erforderlichen elektrischen Mittelpunkt zwischen jeweils zwei hmtereinandergeschalteten Mantelspannungsbegrenzern. Daher bedarf es in diesem Fall keiner weiteren Unterteilung der Mantelspannungsbegrenzer 23,24 und 25 in jeweils zwei Teilwiderstände.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Anlegen einer PrüfSpannung an die Mantelspannungsbegrenzer einer Hochspannungskabelanlage .bei der die einen elektrischen Leiter bildenden metallenen
Kabelmäntel (MR) an dem einen Ende der Kabelanlage bzw. im Bereich von Auskreuzungsstellen mit Mantelspannungsbegrenzern (3,4) in Form von nichtlinearen Widerständen beschaltet sind und bei der die Mantelspannungsbegrenzer jeweils mit ihrem einen Pol an eine Prüfader (6) geschaltet sind, die ihrerseits an dem anderen Ende der Kabelanlage an den einen Pol einer Prüfspannungsquelle (10,8) geschaltet ist, wobei der Prüfader ein Stromsensor (9) zugeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Mantelspannungsbegrenzer aus zwei in Reihe geschalteten nichtlinearen Widerständen (3,4) mit gleicher Widerstandskennlinie besteht und daß die jeweilige Prüfader (6) über einen Vorwiderstand (7) in T-Schaltung an die beiden nichtlinearen Widerstände (3,4) angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 für Kabelanlagen, bei denen die Mantelspannungsbegrenzer im Bereich der Auskreuzungsstelle in Sternschaltung mit freiem Sternpunkt angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Prüfader (6) mit dem Sternpunkt (26) verbunden ist.
PCT/DE1997/001473 1996-07-12 1997-07-09 Schaltungsanordnung für eine hochspannungskabelanlage WO1998002948A1 (de)

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