WO2017152999A1 - Schaltanlagenanordnung, umrichteranordnung mit schaltanlagenanordnung und verfahren zum schutz der umrichteranordnung - Google Patents

Schaltanlagenanordnung, umrichteranordnung mit schaltanlagenanordnung und verfahren zum schutz der umrichteranordnung Download PDF

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WO2017152999A1
WO2017152999A1 PCT/EP2016/055333 EP2016055333W WO2017152999A1 WO 2017152999 A1 WO2017152999 A1 WO 2017152999A1 EP 2016055333 W EP2016055333 W EP 2016055333W WO 2017152999 A1 WO2017152999 A1 WO 2017152999A1
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WO
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voltage
transformer
circuit breaker
low
converter
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Application number
PCT/EP2016/055333
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Roland Schuster
Michael HÖLZER
Ben RENNINGS
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H01H33/121—Load break switches
    • H01H33/125—Load break switches comprising a separate circuit breaker
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle

Definitions

  • Switchgear arrangement converter arrangement with switchgear arrangement and method for protecting the converter arrangement
  • the invention relates to a switchgear arrangement, comprising a first branch, which connects a first electrical system with egg ⁇ ner second electrical system and at least one series circuit of a first circuit breaker and a first th circuit breaker has.
  • Such switchgear assemblies are commonly used in electrical supply networks for the separable connection of several electrical systems.
  • the supply network can be, for example, a multi-phase AC voltage network.
  • the electrical equipment may be high voltage equipment such as converters, power transformers ⁇ or the like, for example.
  • the object of the invention is to propose a kind Heidelberganla ⁇ genan extract that is as reliable as possible.
  • the object is achieved in an artful switchgear arrangement by an electrical coupling device, which is set up for potential equalization between a first potential point between the first circuit breaker and the first power switch and a second potential point in the switchgear assembly for a voltage-free switching of the first circuit breaker.
  • the circuit breaker is energized or de-energized when it is connected without clamping ⁇ voltage via the isolating distance.
  • the first separation switch are first geöff- net.
  • Arc can occur in such a case when closing the circuit breaker.
  • the coupling device By means of the coupling device, it is now advantageously possible to achieve potential equalization on both sides of the circuit breaker. In this way, occurring after opening, for example, the first circuit breaker occurring parasi ⁇ tary earth capacitance with a defined potential.
  • the corresponding line portions upstream and downstream of the circuit breaker comprise at existing electrical connection through the coupling is approximately the same voltage, so that the first disconnectors energized or na ⁇ hezu-energized, that is connected without voltage across the separation ⁇ range, are therefore opened or closed can.
  • the second potential point is arranged between the first circuit breaker and the disconnector-side system. That way you can Both contacts of the circuit breaker are brought to almost the same electric ⁇ potential.
  • the switchgear assembly further comprises a second branch which connects the first system to a third system and min ⁇ least one series circuit of a second circuit breaker and a second circuit breaker, wherein the first and the second branch in a parallel circuit to each other are arranged.
  • the first and the second branch are electrically coupled to each other by means of a coupling device, so that a potential equalization between a first potential point between the first circuit breaker and the first circuit breaker and a second potential point between the second circuit breaker and the second circuit breaker can be achieved.
  • the equipotential bonding is made possible by an electrical connection between two parallel branches of the switchgear arrangement. In this case, the advantage of the invention for interrupting the connections between the first and the second plant and between the first and the third plant can be achieved.
  • the coupling device comprises a first coupling transformer and a second coupling transformer and a line connecting the two coupling transformers.
  • the voltage on the side of the first coupling transformer is preferred here again higher voltage level transformed by means of the first coupling transformer on niedri- geres voltage level and by the second Koppeltransfor ⁇ mators (or vice versa). In this way, is a technically simple hither ⁇ vice end and controlling electrical coupling inconveniencege ⁇ provides.
  • the first and the second coupling transformer are preferably Power Voltage Transformers. More preferably, the coupling transformers are connected via a capacitor.
  • the capacitor can be arranged in the line between the two coupling transformers.
  • the line comprises one or more switches for interrupting the line.
  • the switch which is for example a switch-disconnector, the line can be safely interrupted.
  • the switch may be, for example, a motorized low-voltage circuit breaker.
  • a particularly suitable application is the switchgear ⁇ arrangement in connection with the inverter assembly described below.
  • the invention relates in this context a
  • Inverter arrangement with a converter Inverter arrangement with a converter.
  • Such a converter arrangement is known for example from WO 2012/103936 AI.
  • the converter arrangement is usually used to convert a DC voltage into an AC voltage or vice versa.
  • on the inverter between a DC side and a change ⁇ pannungsseite arranged current valves.
  • the inverter can be connected to a DC voltage line or a DC voltage network.
  • the inverter can be connected to an AC voltage network.
  • Inverter arrangement is a so-called modular multi-stage converter (MMC).
  • MMC modular multi-stage converter
  • the connection of the converter to the AC voltage network is usually via a transformer.
  • a primary winding of the transformer is with the AC side of the inverter and a secondary winding of the transformer with the AC voltage network connectable.
  • the object of the invention is to propose a converter arrangement which is as reliable as possible.
  • the order ⁇ converters of the converter is the alternating voltage side connected to ei ⁇ ner transformer parallel circuit separable, wherein the transformer parallel circuit comprising a first transformer branch connecting the inverter with a primary winding of a first transformer and a Rei ⁇ henscnies of a first Circuit breaker and a first circuit breaker comprises, and a second transformer branch parallel to the first transformer branch, which connects the inverter to a primary winding of a second transformer and comprises a series circuit of a two ⁇ th circuit breaker and a second circuit breaker, wherein the first and the second Transformer branch can be connected to each other by means of a low-voltage connection, wherein the low-voltage connection with a first potential point between the first circuit breaker and the first circuit breaker second potential point between the second circuit breaker and the second power switch connects. According to their function, the low-voltage connection therefore corresponds to the coupling device.
  • the AC side of the Umrich ⁇ ters via two parallel-connected transformers with the AC voltage network is connectable.
  • This has several advantages over connecting through a single transformer. Due to the use of two transformers, a redundancy of the system is created. The transmission of electrical power can be continued if one of the transformers Trans ⁇ therefore, the connection between the inverter and the faulty transformer is disconnected. This increases the reliability of the converter arrangement. moreover If one of the transformers is required maintenance, it can be disconnected from the inverter, making maintenance easier. Overall, the reliability of the power transmission can also be increased in this way by means of the converter arrangement according to the invention. Furthermore, due to the transmission of the power in parallel via two transformers, the size of the first and the second transformer can be chosen to be relatively small. This reduces the cost of the inverter assembly.
  • connection of the converter to the first and the second transformer is carried out in each case via a series circuit of a circuit breaker and a separation scarf ⁇ age .
  • the transformer branches each comprise three phase legs
  • ver ⁇ adds each of the phase legs of a corresponding series of ⁇ circuit breakers and disconnectors.
  • the first Leis ⁇ tung switch occurring parasitic earth capacitance can for example be driven with a defined potential after opening.
  • the corresponding line sections between the switches have at best ⁇ budding electrical communication via the low-voltage link is approximately the same voltage, so that the first disconnectors almost energized, switched without voltage across the isolating distance, Ge ie opened or concluded may be.
  • the above-described damage to the converter can thus be avoided and the reliability of the entire converter arrangement can be increased. Any errors that may arise through corresponding operations when connecting one of the transformers can also be avoided in this way.
  • any suitable circuit breaker such as a mechanical disconnector or disconnector with a motor drive.
  • any suitable AC power switch such as a gas-insulated switchgear (GIS)
  • GIS gas-insulated switchgear
  • low voltage is understood in the context of the present invention, a voltage of less than 1 kV.
  • the configuration of the converter of the converter arrangement is fundamentally arbitrary.
  • the converter may, for example, be a line-commutated converter known to the person skilled in the art, in which thyristor valves are used, or a self-commutated converter, which is likewise known to the person skilled in the art, having a voltage intermediate circuit or an MMC.
  • said transformer branches are each formed multiphase, the converter arrangement comprising a plurality of low-voltage connections, each of which of each phase to one-one ⁇ sorted.
  • each phase of the transformer branches ⁇ branches its own series connection, each with a power ⁇ switch and a circuit breaker, the potential points between the circuit breaker and disconnector of each of the phases with them uniquely associated corresponding potential points in phases of the other transformer branch can be connected by means of its own low-voltage connection
  • the low-voltage connection preferably comprises a first and a second voltage converter and a low-voltage line connecting the two voltage transformers. Therefore the first voltage transformer is assigned to the first transformer branch and the second voltage converter is assigned to the second transformer branch .
  • the two transformer branches are designed multi-phase.
  • the voltage on the side of the first transformer branch is in this case again at high voltage transformed by means of first clamping ⁇ voltage transducer on the low voltage and by said second voltage converter (or vice versa).
  • first clamping ⁇ voltage transducer on the low voltage and by said second voltage converter (or vice versa).
  • the first and second voltage transformers are Power Voltage Transformers (PVT).
  • PVT Power Voltage Transformers
  • Such voltage transformers are especially designed and suitable for higher powers.
  • PVT can be used in a gas-insulated version.
  • the rated power of the PVT may suitably be more than 100 kVA.
  • the low-voltage connection comprises a measuring device for detecting the current in the low-voltage line.
  • the measuring device serves to monitor and protect components of the converter arrangement, for example a short-circuit current monitoring in the low-voltage connection.
  • the measuring device may comprise one or more transducers.
  • the low-voltage connection to a low-voltage capacitor may be disposed in the low voltage line between the two voltage transformers.
  • the low-voltage capacitor can advantageously occur at the voltage transformers
  • the low-voltage connection comprises a surge arrester, which is arranged in a parallel connection to the low-voltage capacitor.
  • the surge arrester is a protection of the low voltage capacitor when overvoltages at the low voltage ⁇ capacitor in the case of a ground fault in the low voltage line.
  • the surge arrester may be, for example, a metal oxide varistor.
  • the low-voltage connection preferably has a discharge resistor.
  • Discharge resistor arranged in a parallel circuit to the low-voltage capacitor.
  • the discharge resistor serves as ⁇ safe to discharge the low-voltage capacitor after an interruption of the low-voltage connection. In this way, therefore, for example, an additional person ⁇ protection is provided when working on the low-voltage capacitor.
  • Discharge resistance between 2 kQ and 50 kH, more preferably between 5 kQ and 30 kQ.
  • the low-voltage connection comprises at least one switch-disconnector for interrupting the low-voltage connection.
  • the low-voltage connection can be reliably interrupted by means of the switch-disconnector.
  • a suitable contactor can also be used.
  • the switch-disconnector has the advantage that it generally requires no permanent supply voltage.
  • the switch-disconnector can, for example, be a low-voltage motorized
  • each of the three phase lines of the low-voltage connection expediently has one or more switch-disconnectors.
  • a starting resistor is provided, which is arranged in the low-voltage line.
  • the on-resistance is arranged between the two voltage transformers and can be bridged by means of a bridging device.
  • the on-resistance is intended to minimize the risk of unfavorable saturation of one of the voltage transformers, which may occur when the low-voltage connection is switched on, if it is performed at an unfavorable phase position of the voltage, for example, when the voltage transformer is energized at a voltage zero crossing becomes.
  • the resistor is expediently bridged after a certain time after connecting the low-voltage connection by means of the bridging device.
  • the low-voltage line is grounded unipolar.
  • the ground made a defined potential in the Niederschreibsver- connection before ⁇ geous. If the low-voltage connection comprises three phases, all three phase lines are expediently grounded in one pole.
  • the invention further relates to a method for protecting a converter arrangement with a converter which is connected on the AC side with a transformer parallel circuit, wherein the transformer parallel circuit comprises a first transformer branch which connects the inverter with a pri ⁇ märwicklung a first transformer and a series circuit of a first Circuit breaker and a first power switch, and having a first transformer branch parallel to the second transformer branch, which connects the inverter to a primary winding of a second transformer and comprises a series circuit of a second circuit breaker and a second circuit breaker.
  • the invention is to provide a sol ⁇ ches method of damage
  • Inverter arrangement when switching on or off one of the two transformers to avoid possible.
  • the object is achieved by a method in which a potential equalization between a first potential point between the first circuit breaker and the first power switch and a second potential point between the second circuit breaker and the second circuit breaker is made by the two potential points by means of a low-voltage connection before switching of the first circuit breaker or the second circuit breaker are electrically connected together.
  • Described converter arrangement a potential equalization between the two transformer branches is achieved by the inventive method, whereby the ignition of arcs in the opening or closing circuit breaker is avoided due to the Erdkapazticianen.
  • the shutdown of one of the Trans ⁇ formators can be performed as follows.
  • the two transformers are in an operating state in which both circuit breakers and both disconnectors are closed.
  • the first power switch and the first disconnect switch are closed, so that there is an electrical connection between the first transformer and the converter.
  • the second circuit breaker and the second disconnector are open. If the second transformer are supplied ⁇ on, so one can proceed as follows. First of all, an equipotential bonding between the potential points between the switches in the transformer branches is established by means of the low-voltage connection. Then, for example, with a time delay, for example, a delay of 1 s, the second disconnect switch is closed. Subsequently, the second power switch is also closed, so that the electrical connection between the second transformer and the inverter is made.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a switchgear assembly OF INVENTION ⁇ to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a switchgear assembly OF INVENTION ⁇ to the invention in a schematic representation
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a converter arrangement according to the invention in a schematic representation.
  • a switchgear arrangement 200 is shown in FIG.
  • the switchgear assembly 200 connects a first electrical system 101 via a three-phase change ⁇ pannungs effet 4 with a second electrical system 102nd
  • the switchgear assembly 200 includes a first branch 51 having a series connection of a first power switch 81 and a first disconnect switch 91.
  • the power switch 81 and the disconnect switch 91 can each be controlled by means of a controller not shown graphically in FIG. In the three-phase version of the
  • Switchgear assemblies 200 are disposed in each phase of the first branch 51 according to the circuit breakers and disconnectors shown.
  • the switchgear assembly 200 further comprises a coupling device 104.
  • the coupling device 104 comprises a line 15 which extends between a potential point 41 between the first power switch 81 and the first disconnect switch 91 and a potential point 421 between the first disconnect switch 91 and the disconnector-side, first contactor 101 extends.
  • each phase line comprises an own Lei ⁇ processing according to the structure of the cable 15th
  • the coupling device 104 comprises a first coupling transformer 11 and a second coupling transformer 12, which are set up for the transformation from a higher voltage level to a lower voltage level (or vice versa).
  • the line 15 can be interrupted by means of a switch 18.
  • a capacitor 25 is provided.
  • the first disconnect switch 91 When the first disconnect switch 91 is to be opened or closed, the first potential point 41 and the second potential point 421 are electrically coupled to each other by closing the switch 18. In this way, an equipotential bonding is generated on both sides of the first circuit breaker 91, whereby the first circuit breaker 91 almost without voltage, ie geöff ⁇ net without voltage across the separation line or can be closed.
  • FIG. 2 shows a switchgear arrangement 100.
  • the switchgear arrangement 100 connects a first electrical installation 101 via a three-phase alternating current line 4 to a second electrical installation 102 and a third electrical installation 103.
  • the switchgear arrangement 100 comprises a first branch 51 and a second branch 52 parallel to the first branch 51
  • Branch 51 has a series connection of a first power switch 81 and a first disconnect switch 91.
  • the two ⁇ th branch to a series circuit of a second power switch 82 and a second disconnect switch 92nd
  • the circuit breakers 81, 82 and the circuit breakers 91, 92 can each be controlled by means of a graphically not shown in the figure 2 ⁇ th controller.
  • the three-phase design of the switchgear assembly 100 are arranged in each phase of the two branches 51, 52 according to the power switch and disconnector shown ⁇ .
  • the switchgear assembly 100 further includes a coupling device 104.
  • the coupling device 104 includes a line 15 extending between a potential point 41 between the first power switch 81 and the first disconnect switch 91 and a potential point 42 between the second power switch 82 and the second disconnect switch 92.
  • each phase line comprises its own line corresponding to the structure of the line 15.
  • the coupling device 104 comprises a first coupling transformer 11 and a second coupling transformer 12, which are set up for the transformation from a higher voltage level to a lower voltage level (or vice versa).
  • the line 15 can be interrupted by means of a switch 18. To compensate for leakage reactances of the two coupling transformers 11 and 12, a capacitor 25 is provided.
  • FIG. 3 shows a converter arrangement 1. Identical and identical components in FIGS. 1, 2 and 3 are provided with the same reference numerals.
  • the inverter assembly 1 includes an inverter 2 for converting electric power.
  • the inverter 2 has a DC side 21 for locking bind ⁇ 3 with a two-pole DC voltage line 2 Further, the converter has an alternating voltage side 22, which is adapted for connection to a three-phase alternating voltage line.
  • the AC line 4 connects the inverter 2 with a transformer parallel circuit 5.
  • the transformer parallel circuit 5 includes a first transformer branch 51 and a second transformer branch 52, which are connected in parallel with each other.
  • the first Trans ⁇ formatorzweig 51 connects the converter 2 with a primary winding 61 of a first transformer ⁇ 6.
  • the second Trans ⁇ formatorzweig 52 connects the converter 2 with a primary winding 71 of second transformer 7.
  • a secondary winding 62 of first transformer 6 and ⁇ a secondary winding 72 of the second transformer 7 are respectively connected to ei ⁇ nem alternating voltage network 28th
  • the two primary windings Lungs 61, 71 are realized in the embodiment shown as three ⁇ eckwicklungen.
  • the two secondary windings 62, 72 are realized as star windings.
  • the first transformer branch 51 has a series connection of a first power switch 81 and a first disconnect switch 91. Accordingly, the second transformer ⁇ branch 52 a series circuit of a second power switch 82 and a second disconnect switch 92.
  • the performance-switches 81, 82 and the disconnecting switches 91, 92 can be driven in each case by means of a not graphically dargestell ⁇ th in the Figure 3 control. It should be noted that the representation of FIG. 3 explicitly shows only one of the three phases of the AC voltage line 4. In the three-phase version of the converter arrangement 1, the circuit breaker and disconnector shown are arranged in each phase in correspondence with each other.
  • the converter arrangement 1 further comprises a low-voltage connection 10.
  • the low-voltage connection 10 extends between a potential point 41 between the first power switch 81 and the first disconnecting switch 91 and a potential point 42 between the second power switch 82 and the second disconnecting switch 92.
  • the low-voltage connection 10 corresponds in its function to the coupling device 104 from FIGS. 1 and 2.
  • the low-voltage connection 10 comprises a first voltage converter 11 and a second voltage converter 12, which are set up to transform high voltage into low voltage (or vice versa).
  • the current on the low voltage side of the voltage transformers 11, 12 is monitored by means of measuring devices 13 and 14. Between the first voltage converter 11 and the second voltage converter 12 extends a low-voltage line 15.
  • the low-voltage line 15 has a first grounding device 16 and a second grounding device 17. By means of the two grounding devices 16 and 17, the low-voltage line 15 can be grounded in one pole.
  • the low-voltage connection 10 can be separated by means of a first switch-disconnector 18 and a second switch-disconnector 19 by interrupting the low-voltage line 15.
  • the low-voltage connection 10 further includes a bridging resistor 24 which can be bridged by means of a bridging device 23.
  • a low-voltage capacitance 25 is provided.
  • a discharge resistor 26 is arranged, which is incorporated ⁇ directed to kon ⁇ trolled discharge of the low voltage capacity 25th
  • the low-voltage capacitor 25 is a
  • the first circuit breaker 81 and the first circuit breaker 91 are closed.
  • the second circuit breaker 82, the second circuit breaker 92 and the two load-break switches 18 and 19, however, are open.
  • the electrical connection between the second transformer 7 and the inverter 2 is to be produced.
  • a potential balance between the potential of points 41 and 42 by closing the switch disconnector is prepared 18 and 19 first by means of the low-tension voltage ⁇ compound 10th Thereafter, the second disconnect switch 92 is closed.
  • the second circuit breaker 82 is also closed, whereby the electrical connec ⁇ tion between the second transformer 7 and the inverter 2 is made.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltanlagenanordnung (100,200) mit einem ersten Zweig (51), der eine erste, trennschalterseitige elektrische Anlage (101) mit einer zweiten elektrische Anlage (102) verbindet und mindestens eine Reihenschaltung aus einem ersten Trennschalter (91) und einem ersten Leistungsschalter (81) aufweist. Die Erfindung zeichnet sich durch eine elektrische Kopplungseinrichtung (104) aus, die zum Potenzialausgleich zwischen einem ersten Potenzialpunkt (41) zwischen dem ersten Trennschalter (91) und dem ersten Leistungsschalter (81) und einem zweiten Potenzialpunkt (42, 421) in der Schaltanlagenanordnung (200) für ein Öffnen bzw. Schließen des ersten Trennschalters (91) ohne Spannung über dessen Trennstrecke eingerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Umrichteranordnung (1) mit der Schaltanlagenanordnung und ein Verfahren zu deren Schutz, bei dem mit einem Umrichter wechselspannungsseitig verbundene parallele Transformatorzweige mittels der Niederspannungsverbindung vor einem Schalten eines der Trennschalter miteinander elektrisch verbunden werden.

Description

Beschreibung
Schaltanlagenanordnung, Umrichteranordnung mit Schaltanlagenanordnung und Verfahren zum Schutz der Umrichteranordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaltanlagenanordnung, umfassend einen ersten Zweig, der eine erste elektrische Anlage mit ei¬ ner zweiten elektrischen Anlage verbindet und mindestens eine Reihenschaltung aus einem ersten Trennschalter und einem ers- ten Leistungsschalter aufweist.
Solche Schaltanlagenanordnungen werden üblicherweise in elektrischen Versorgungsnetzen zur trennbaren Verbindung mehrerer elektrischer Anlagen eingesetzt. Das Versorgungsnetz kann beispielsweise ein mehrphasiges Wechselspannungsnetz sein. Die elektrischen Anlagen können beispielsweise Hochspannungsanlagen wie beispielsweise Umrichter, Leistungs¬ transformatoren oder dergleichen sein. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine artgemäße Schaltanla¬ genanordnung vorzuschlagen, die möglichst zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Schaltanlagenanordnung durch eine elektrische Kopplungseinrichtung gelöst, die zum Potenzialausgleich zwischen einem ersten Potenzialpunkt zwischen dem ersten Trennschalter und dem ersten Leistungsschalter und einem zweiten Potenzialpunkt in der Schaltanlagenanordnung für ein spannungsfreies Schalten des ersten Trennschalters eingerichtet ist.
Im Sinne der Erfindung wird der Trennschalter spannungsfrei beziehungsweise spannungslos geschaltet, wenn er ohne Span¬ nung über dessen Trennstrecke geschaltet wird. Zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Anlage werden zunächst der erste Leis¬ tungsschalter und anschließend der erste Trennschalter geöff- net. Aus eigenen Untersuchungen folgt, dass ein Leitungsab¬ schnitt des ersten Zweiges zwischen dem Leistungsschalter und dem Trennschalter eine parasitäre Erdkapazität aufweist. Die¬ se Erdkapazität wird beim Öffnen des Trennschalters mehrfach umgeladen. Im Trennschalter kommt es auf diese Weise zur Bildung eines Lichtbogens, der mehrfach abreißt und wiederzün¬ det. Dadurch bedingt entstehen hochfrequente Ströme im MHz- Bereich, die eine Amplitude von über einem kA aufweisen und in die trennschalterseitige Anlage fließen können. Es kann dabei zu Beschädigung zumindest dieser Anlage führen. Darüber hinaus kann durch das Auftreten von Lichtbögen der Trennschalter selbst beschädigt werden. Dies verringert dessen Le¬ benszeit und dadurch auch die Zuverlässigkeit der gesamten Schaltanlagenanordnung. Ein artgleiches Problem kann auch bei einem Zuschalten einer der Anlagen auftreten, wobei der
Lichtbogen in einem solchen Fall beim Schließen des Trennschalters auftreten kann.
Mittels der Kopplungseinrichtung kann nun vorteilhaft ein Po- tenzialausgleich auf beiden Seiten des Trennschalters erreicht werden. Auf diese Weise kann nach dem Öffnen beispielsweise des ersten Leistungsschalters auftretende parasi¬ täre Erdkapazität mit einem definierten Potential angesteuert werden. Die entsprechenden Leitungsabschnitte vor und hinter dem Trennschalter weisen bei bestehender elektrischer Verbindung über die Kopplung annähernd die gleiche Spannung auf, so dass der erste Trennschalter spannungslos beziehungsweise na¬ hezu spannungslos, das heißt ohne Spannung über der Trenn¬ strecke geschaltet, also geöffnet beziehungsweise geschlossen werden kann. Die zuvor beschriebene Schädigung der Anlagen und/oder der Trennschalter kann somit vermieden und die Zuverlässigkeit der gesamten Schaltanlagenanordnung erhöht werden . Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Potenzialpunkt zwischen dem ersten Trennschalter und der trenn- schalterseitigen Anlage angeordnet. Auf diese Weise können beide Kontakte des Trennschalters auf nahezu gleiches elekt¬ risches Potenzial gebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schaltanlagenanordnung ferner einen zweiten Zweig, der die erste Anlage mit einer dritten Anlage verbindet und min¬ destens eine Reihenschaltung aus einem zweiten Trennschalter und einem zweiten Leistungsschalter aufweist, wobei der erste und der zweite Zweig in einer Parallelschaltung zueinander angeordnet sind. Der erste und der zweite Zweig sind dabei mittels einer Kopplungseinrichtung miteinander elektrisch koppelbar, so dass ein Potenzialausgleich zwischen einen ersten Potenzialpunkt zwischen dem ersten Trennschalter und dem ersten Leistungsschalter und einem zweiten Potenzialpunkt zwischen dem zweiten Trennschalter und dem zweiten Leistungsschalter erzielbar ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Potenzialausgleich durch eine elektrische Verbindung zwischen zwei parallelen Zweigen der Schaltanlagenanordnung möglich. In diesem Fall kann der Vorteil der Erfindung für das Unter- brechen der Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Anlage und zwischen der ersten und der dritten Anlage erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung um- fasst die Kopplungseinrichtung einen ersten Koppeltransformator und einen zweiten Koppeltransformator sowie eine die beiden Koppeltransformatoren verbindende Leitung. Die Spannung auf der Seite des ersten Koppeltransformators wird hierbei bevorzugt mittels des ersten Koppeltransformators auf niedri- geres Spannungsniveau und mittels des zweiten Koppeltransfor¬ mators wieder auf höheres Spannungsniveau transformiert (oder umgekehrt) . Auf diese Weise ist eine technisch einfach herzu¬ stellende und zu beherrschende elektrische Kopplung bereitge¬ stellt .
Bevorzugt sind der erste und der zweite Koppeltransformator Power Voltage Transformer. Weiter bevorzugt sind die Koppeltransformatoren über einen Kondensator verbunden. Der Kondensator kann in der Leitung zwischen den beiden Koppeltransformatoren angeordnet sein. Mittels des Kondensators können vorteilhaft an den Koppel¬ transformatoren auftretende Streureaktanzen kompensiert werden .
Vorzugsweise umfasst die Leitung einen oder mehrere Schalter zum Unterbrechen der Leitung. Mittels des Schalters, der beispielsweise ein Lasttrennschalter ist, kann die Leitung sicher unterbrochen werden. Der Schalter kann beispielsweise ein motorisierter Niederspannungslasttrennschalter sein. Eine besonders geeignete Anwendung findet die Schaltanlagen¬ anordnung im Zusammenhang mit der im Folgenden beschriebenen Umrichteranordnung .
Die Erfindung betrifft in diesem Zusammenhang eine
Umrichteranordnung mit einem Umrichter.
Eine solche Umrichteranordnung ist beispielsweise aus der WO 2012/103936 AI bekannt. Die Umrichteranordnung wird üblicherweise dazu eingesetzt, eine Gleichspannung in eine Wechsel- Spannung oder umgekehrt, umzuwandeln. Dazu weist der Umrichter zwischen einer Gleichspannungsseite und einer Wechsels¬ pannungsseite angeordnete Stromventile auf. Gleichspannungs- seitig ist der Umrichter entsprechend mit einer Gleichspannungsleitung bzw. einem Gleichspannungsnetz verbindbar. Wech- selspannungsseitig ist der Umrichter mit einem Wechselspannungsnetz verbindbar. Der Umrichter der bekannten
Umrichteranordnung ist ein sogenannter modularer Mehrstufenumrichter (MMC) . Die Anbindung des Umrichters an das Wechselspannungsnetz erfolgt üblicherweise über einen Transformator. Eine Primärwicklung des Transformators ist mit der Wechselspannungsseite des Umrichters und eine Sekundärwicklung des Transformators mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichteranordnung vorzuschlagen, die möglichst zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Um¬ richter der Umrichteranordnung wechselspannungsseitig mit ei¬ ner Transformatorparallelschaltung trennbar verbunden ist, wobei die Transformatorparallelschaltung einen ersten Transformatorzweig aufweist, der den Umrichter mit einer Primärwicklung eines ersten Transformators verbindet und eine Rei¬ henschaltung aus einem ersten Trennschalter und einem ersten Leistungsschalter umfasst, und einen zum ersten Transforma- torzweig parallelen zweiten Transformatorzweig aufweist, der den Umrichter mit einer Primärwicklung eines zweiten Transformators verbindet und eine Reihenschaltung aus einem zwei¬ ten Trennschalter und einem zweiten Leistungsschalter umfasst, wobei der erste und der zweite Transformatorzweig mit- tels einer Niederspannungsverbindung miteinander verbindbar sind, wobei die Niederspannungsverbindung einen ersten Potenzialpunkt zwischen dem ersten Trennschalter und dem ersten Leistungsschalter mit einem zweiten Potenzialpunkt zwischen dem zweiten Trennschalter und dem zweiten Leistungsschalter verbindet. Ihrer Funktion nach entspricht die Niederspannungsverbindung demnach der Kopplungseinrichtung.
Gemäß der Erfindung ist die Wechselspannungsseite des Umrich¬ ters über zwei parallel geschaltete Transformatoren mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar. Dies hat mehrere Vorteile gegenüber einer Verbindung über einen einzigen Transformator. Aufgrund der Verwendung zweier Transformatoren wird eine Redundanz des Systems geschaffen. Bei Ausfall eines der Trans¬ formatoren kann demnach die Übertragung der elektrischen Leistung fortgeführt werden, wobei die Verbindung zwischen dem Umrichter und dem defekten Transformator getrennt wird. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Umrichteranordnung. Zudem kann bei erforderlicher Wartung eines der Transformatoren dieser vom Umrichter getrennt werden, so dass die Wartung einfacher durchgeführt werden kann. Insgesamt kann auch auf diese Weise die Zuverlässigkeit der Leistungsübertragung mit- tels der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung gesteigert werden. Ferner kann aufgrund der Übertragung der Leistung parallel über zwei Transformatoren die Baugröße des ersten und des zweiten Transformators relativ klein gewählt werden. Dies senkt die Kosten der Umrichteranordnung.
Die Verbindung des Umrichters mit dem ersten beziehungsweise mit dem zweiten Transformator erfolgt jeweils über eine Reihenschaltung eines Leistungsschalters und eines Trennschal¬ ters. Im Falle einer dreiphasigen Verbindung, bei der die Transformatorzweige jeweils drei Phasenzweige umfassen, ver¬ fügt jeder der Phasenzweige über eine entsprechende Reihen¬ schaltung von Leistungsschalter und Trennschalter. Soll die elektrische Verbindung zwischen dem Umrichter und einem der beiden Transformatoren unterbrochen werden, so wird in dem jeweiligen Transformator zugeordneten Transformatorzweig zunächst der Leistungsschalter geöffnet. Wenn der Stromfluss erloschen ist, wird der dazu in Reihe geschaltete Trennschal¬ ter geöffnet. Gemäß der Erfindung sind die beiden Transformatorzweige mit¬ einander über eine Niederspannungsverbindung elektrisch verbindbar. Mittels der Niederspannungsverbindung kann nach eigenen Untersuchungen ein im Folgenden beschriebenes Fehlerszenario in der Umrichteranordnung vermieden werden. Die Be- Schreibung erfolgt dabei am Beispiel einer Unterbrechung des ersten Transformatorzweiges, ist aber in gleichartiger Weise auf den zweiten Transformatorzweig anzuwenden.
Wie bereits zuvor erläutert werden zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen dem Umrichter und dem ersten Transformator zunächst der erste Leistungsschalter und anschließend der erste Trennschalter geöffnet. Aus eigenen Un- tersuchungen folgt, dass ein Leitungsabschnitt des ersten Transformatorzweiges zwischen dem Leistungsschalter und dem Trennschalter eine parasitäre Erdkapazität aufweist. Diese Erdkapazität wird beim Öffnen des Trennschalters mehrfach um- geladen. Im Trennschalter kommt es auf diese Weise zur Bildung eines Lichtbogens, der mehrfach abreißt und wiederzün¬ det. Dadurch bedingt entstehen hochfrequente Ströme im MHz- Bereich, die eine Amplitude von über einem kA aufweisen und in den Umrichter fließen können. Es kann dabei zu Beschädi- gung und/oder Ausfall einzelner Baumodule des Umrichters und zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder Ausfall der gesamten Umrichteranordnung führen. Ein artgleiches Problem kann auch bei einem Zuschalten eines der Transformatoren auftreten, wobei der Lichtbogen in einem solchen Fall beim Schließen des Trennschalters auftreten kann.
Mittels der Niederspannungsverbindung zwischen dem Potenzialpunkt zwischen dem ersten Leistungsschalter und dem ersten Trennschalter und dem Potenzialpunkt zwischen dem zweiten Leistungsschalter und dem zweiten Trennschalter kann nun vorteilhaft ein Potenzialausgleich erreicht werden. Auf diese Weise kann nach dem Öffnen beispielsweise des ersten Leis¬ tungsschalters auftretende parasitäre Erdkapazität mit einem definierten Potential angesteuert werden. Die entsprechenden Leitungsabschnitte zwischen den Schaltern weisen bei beste¬ hender elektrischer Verbindung über die Niederspannungsverbindung annähernd die gleiche Spannung auf, so dass der erste Trennschalter nahezu spannungslos, ohne Spannung über der Trennstrecke geschaltet, d. h. geöffnet beziehungsweise ge- schlössen werden kann. Die zuvor beschriebene Schädigung des Umrichters kann somit vermieden und die Zuverlässigkeit der gesamten Umrichteranordnung erhöht werden. Etwaige Fehler, die durch entsprechende Vorgänge bei einem Zuschalten eines der Transformatoren entstehen können, können auf diese Weise ebenfalls vermieden werden. Als Trennschalter kann im Zusammenhang mit der Erfindung jeder geeignete Trennschalter, wie beispielsweise ein mechanischer Trenner beziehungsweise Trennschalter mit einem Motorantrieb, verwendet werden.
Als Leistungsschalter kann in diesem Zusammenhang jeder geeignete Wechselspannungsleistungsschalter, wie beispielsweise eine gasisolierte Schaltanlage (GIS) , verwendet werden. Als Niederspannung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Spannung von weniger als 1 kV verstanden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Ausgestaltung des Umrichters der Umrichteranordnung grund- sätzlich beliebig. Bei dem Umrichter kann es sich demnach beispielsweise um einen dem Fachmann bekannten netzgeführten Umrichter handeln, bei dem Thyristorventile zum Einsatz kommen, oder einem dem Fachmann ebenfalls bekannten selbstgeführten Umrichter mit einem Spannungszwischenkreis bezie- hungsweise einem MMC .
In einer mehrphasigen Ausführung der Umrichteranordnung, wobei die Transformatorzweige jeweils mehrphasig ausgebildet sind, umfasst die Umrichteranordnung mehrere Niederspannungs- Verbindungen, die jeweils einer jeden Phase eineindeutig zu¬ geordnet sind. Dabei umfasst jede Phase der Transformator¬ zweige eine eigene Reihenschaltung mit je einem Leistungs¬ schalter und einem Trennschalter, wobei die Potenzialpunkte zwischen dem Leistungsschalter und Trennschalter einer jeden der Phasen mit ihnen eineindeutig zugeordneten entsprechenden Potenzialpunkten in Phasen des anderen Transformatorzweiges mittels einer eigenen Niederspannungsverbindung verbindbar sind . Bevorzugt umfasst die Niederspannungsverbindung einen ersten und einen zweiten Spannungswandler sowie eine die beiden Spannungswandler verbindende Niederspannungsleitung. Demnach sind dem ersten Transformatorzweig der erste Spannungswandler und dem zweiten Transformatorzweig der zweite Spannungswand¬ ler zugeordnet. Dazu sind die beiden Transformatorzweige mehrphasig ausgebildet. Die Spannung auf der Seite des ersten Transformatorzweiges wird hierbei mittels des ersten Span¬ nungswandlers auf Niederspannung und mittels des zweiten Spannungswandlers wieder auf Hochspannung transformiert (oder umgekehrt) . Auf diese Weise ist eine technisch einfach herzu¬ stellende und zu beherrschende Niederspannungsverbindung be- reitgestellt.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Spannungswandler Power Voltage Transformer (PVT) . Solche Spannungswandler sind besonders für höhere Leistungen ausgelegt und geeignet. Bei- spielsweise können PVT in gasisolierter Ausführung verwendet werden. Die Nennleistung der PVT kann zweckmäßigerweise mehr als 100 kVA betragen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Nieder- spannungsverbindung eine Messvorrichtung zum Erfassen des Stromes in der Niederspannungsleitung. Die Messvorrichtung dient der Überwachung und dem Schutz von Komponenten der Umrichteranordnung, beispielsweise einer Kurzschlussstromüberwachung in der Niederspannungsverbindung. Die Messvor- richtung kann einen oder mehrere Messwandler umfassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Niederspannungsverbindung einen Niederspannungskondensator auf. Der Niederspannungskondensator kann in der Niederspannungsleitung zwischen den beiden Spannungswandlern angeordnet sein. Mittels des Niederspannungskondensators können vorteilhaft an den Spannungswandlern auftretende
Streureaktanzen kompensiert werden. Bevorzugt wird ein
Niederspannungskondensator mit einer Kapazität zwischen 1 mF und 6 mF eingesetzt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Niederspannungsverbindung einen Überspannungsabieiter, der in einer Parallelschaltung zum Niederspannungskondensator angeordnet ist. Der Überspannungsabieiter dient einem Schutz des Nieder- spannungskondensators bei Überspannungen am Niederspannungs¬ kondensator im Falle eines Erdschlusses in der Niederspannungsleitung. Der Überspannungsabieiter kann beispielsweise ein Metalloxid-Varistor sein. Bevorzugt weist dabei die Niederspannungsverbindung einen Entladewiderstand auf. Zweckmäßigerweise ist der
Entladewiderstand in einer Parallelschaltung zum Niederspannungskondensator angeordnet. Der Entladewiderstand dient da¬ zu, den Niederspannungskondensator nach einer Unterbrechung der Niederspannungsverbindung sicher zu entladen. Auf diese Weise ist somit beispielsweise ein zusätzlicher Personen¬ schutz bei Arbeiten am Niederspannungskondensator bereitgestellt. Bevorzugt liegt der ohmsche Widerstandswert des
Entladewiderstands zwischen 2 kQ und 50 kH, besonders be- vorzugt zwischen 5 kQ und 30 kQ.
Vorzugsweise umfasst die Niederspannungsverbindung wenigstens einen Lasttrennschalter zum Unterbrechen der Niederspannungsverbindung. Mittels des Lasttrennschalters kann die Nieder- spannungsverbindung sicher unterbrochen werden. Alternativ zum Lasttrennschalter kann auch ein geeigneter Schütz eingesetzt werden. Gegenüber dem Schutz weist der Lasttrennschalter jedoch den Vorteil auf, dass er im Allgemeinen keine permanente Versorgungsspannung benötigt. Der Lasttrennschalter kann beispielsweise ein motorisierter Niederspannungs-
Lasttrennschalter sein. Je nach Anwendungsfall können mehrere Lasttrennschalter in der Niederspannungsverbindung vorgesehen sein. Beispielsweise bei einer dreiphasigen Ausführung der Niederspannungsverbindung weist jeder der drei Phasenleitun- gen der Niederspannungsverbindung zweckmäßigerweise einen oder mehrere Lasttrennschalter auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Einschaltwiderstand vorgesehen, der in der Niederspannungsleitung angeordnet ist. Geeigneter Weise ist der Einschaltwiderstand zwischen den beiden Spannungswandlern ange- ordnet und kann mittels einer Überbrückungseinrichtung überbrückt werden. Der Einschaltwiderstand ist dazu vorgesehen, das Risiko einer unvorteilhaften Sättigung eines der Spannungswandler zu minimieren, die bei einem Einschalten der Niederspannungsverbindung dann auftreten kann, wenn diese zu einer ungünstigen Phasenlage der Spannung durchgeführt wird, beispielsweise dann, wenn der Spannungswandler bei einem Spannungsnulldurchgang mit Spannung beaufschlagt wird. Der Widerstand wird zweckmäßigerweise nach einer gewissen Zeit nach dem Zuschalten der Niederspannungsverbindung mittels der Überbrückungseinrichtung überbrückt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Niederspannungsleitung einpolig geerdet. Mittels der Erdung ist vor¬ teilhaft ein definiertes Potenzial in der Niederspannungsver- bindung hergestellt. Umfasst die Niederspannungsverbindung drei Phasen, so sind alle drei Phasenleitungen zweckmäßigerweise einpolig geerdet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schutz einer Umrichteranordnung mit einem Umrichter, der wechselspannungs- seitig mit einer Transformatorparallelschaltung verbunden ist, wobei die Transformatorparallelschaltung einen ersten Transformatorzweig aufweist, der den Umrichter mit einer Pri¬ märwicklung eines ersten Transformators verbindet und eine Reihenschaltung aus einem ersten Trennschalter und einem ersten Leistungsschalter umfasst, und einen zum ersten Transformatorzweig parallelen zweiten Transformatorzweig aufweist, der den Umrichter mit einer Primärwicklung eines zweiten Transformators verbindet und eine Reihenschaltung aus einem zweiten Trennschalter und einem zweiten Leistungsschalter umfasst . Die hierbei zu lösende Aufgabe der Erfindung ist es, ein sol¬ ches Verfahren anzugeben, das eine Beschädigung der
Umrichteranordnung bei einem Zu- bzw. Abschalten eines der beiden Transformatoren zu vermeiden ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Potenzialausgleich zwischen einem ersten Potenzialpunkt zwischen dem ersten Trennschalter und dem ersten Leistungsschalter und einem zweiten Potenzialpunkt zwischen dem zweiten Trennschalter und dem zweiten Leistungsschalter hergestellt wird, indem die beiden Potenzialpunkte mittels einer Niederspannungsverbindung vor einem Schalten des ersten Trennschalters oder des zweiten Trennschalters miteinander elektrisch verbunden werden.
Wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Umrichteranordnung beschrieben, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Potenzialausgleich zwischen den beiden Transformatorzweigen erreicht, wodurch das Zünden von Licht- bögen in dem zu öffnenden oder zu schließenden Trennschalter aufgrund der Erdkapazitäten vermieden wird.
Zweckmäßigerweise kann der Abschaltvorgang eines der Trans¬ formatoren folgendermaßen durchgeführt werden. In einem Aus- gangszustand befinden sich die beiden Transformatoren in einen Betriebszustand, in dem beide Leistungsschalter und beide Trennschalter geschlossen sind. Es besteht mit anderen Worten eine elektrische Verbindung zwischen jedem der beiden Transformatoren und dem Umrichter. Soll nun beispielsweise die elektrische Verbindung zwischen dem Umrichter und dem ersten Transformator unterbrochen werden, so wird zunächst der erste Leistungsschalter geöffnet. Dann wird der Potenzialausgleich zwischen den Potenzialpunkten zwischen dem jeweiligen Leis- tungs- und Trennschalter mittels der Niederspannungsverbin- dung hergestellt. Anschließend wird der erste Trennschalter geöffnet . Entsprechend kann auch bei einem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen einem der Transformatoren und dem Umrichter vorgegangen werden. In diesem Fall sind im Ausgangszustand beispielsweise der erste Leistungsschalter und der ers- te Trennschalter geschlossen, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Transformator und dem Umrichter besteht. Der zweite Leistungsschalter und der zweite Trennschalter sind geöffnet. Soll der zweite Transformator zuge¬ schaltet werden, so kann folgendermaßen vorgegangen werden. Zunächst wird ein Potenzialausgleich zwischen den Potenzialpunkten zwischen den Schaltern in den Transformatorzweigen mittels der Niederspannungsverbindung hergestellt. Dann wird, beispielsweise mit einer zeitlichen Verzögerung, zum Beispiel einer Verzögerung von 1 s, der zweite Trennschalter geschlos- sen. Anschließend wird auch der zweite Leistungsschalter geschlossen, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Transformator und dem Umrichter hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels aller zuvor be- schriebenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen
Umrichteranordnung durchgeführt werden.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Schaltanlagenanordnung in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Schaltanlagenanordnung in einer schematischen Darstellung; Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung in einer schematischen Darstellung. Im Einzelnen ist in Figur 1 eine Schaltanlagenanordnung 200 dargestellt. Die Schaltanlagenanordnung 200 verbindet eine erste elektrische Anlage 101 über eine dreiphasige Wechsels¬ pannungsleitung 4 mit einer zweiten elektrischen Anlage 102.
Die Schaltanlagenanordnung 200 umfasst einen ersten Zweig 51, der eine Reihenschaltung aus einem ersten Leistungsschalter 81 und einem ersten Trennschalter 91 aufweist. Der Leistungsschalter 81 und der Trennschalter 91 können jeweils mittels einer in der Figur 1 nicht grafisch dargestellten Steuerung angesteuert werden. In der dreiphasigen Ausführung der
Schaltanlagenanordnung 200 sind in jeder Phase des ersten Zweiges 51 entsprechend der gezeigten Leistungsschalter und Trennschalter angeordnet.
Die Schaltanlagenanordnung 200 umfasst ferner eine Kopplungseinrichtung 104. Die Kopplungseinrichtung 104 umfasst eine Leitung 15, die sich zwischen einem Potenzialpunkt 41 zwischen dem ersten Leistungsschalter 81 und dem ersten Trenn- Schalter 91 und einem Potenzialpunkt 421 zwischen dem ersten Trennschalter 91 und der trennschalterseitigen, ersten Anlage 101 erstreckt. In der mehrphasigen Ausführung der Schaltanlagenanordnung 200 umfasst jede Phasenleitung eine eigene Lei¬ tung entsprechend dem Aufbau der Leitung 15.
Die Kopplungseinrichtung 104 umfasst einen ersten Koppeltransformator 11 und einen zweiten Koppeltransformator 12, die zur Transformation von einem höheren Spannungsniveau auf ein niedrigeres Spannungsniveau (bzw. umgekehrt) eingerichtet sind.
Die Leitung 15 kann mittels eines Schalters 18 unterbrochen werden . Zur Kompensation von Streureaktanzen der beiden Koppeltransformatoren 11 und 12 ist ein Kondensator 25 vorgesehen. Wenn der erste Trennschalter 91 geöffnet bzw. geschlossen werden soll, so werden der erste Potenzialpunkt 41 und der zweite Potenzialpunkt 421 durch Schließen des Schalters 18 miteinander elektrisch gekoppelt. Auf diese Weise wird ein Potenzialausgleich auf beiden Seiten des ersten Trennschalters 91 erzeugt, wodurch der erste Trennschalter 91 nahezu spannungslos, also ohne Spannung über der Trennstrecke geöff¬ net bzw. geschlossen werden kann. In Figur 2 ist eine Schaltanlagenanordnung 100 dargestellt. Die Schaltanlagenanordnung 100 verbindet eine erste elektrische Anlage 101 über eine dreiphasige Wechselspannungsleitung 4 mit einer zweiten elektrischen Anlage 102 und einer dritten elektrischen Anlage 103. Die Schaltanlagenanordnung 100 um- fasst einen ersten Zweig 51 sowie einen zum ersten Zweig 51 parallelen zweiten Zweig 52. Der erste Zweig 51 weist eine Reihenschaltung aus einem ersten Leistungsschalter 81 und einem ersten Trennschalter 91 auf. Entsprechend weist der zwei¬ te Zweig 52 eine Reihenschaltung aus einem zweiten Leistungs- Schalter 82 und einem zweiten Trennschalter 92 auf. Die Leistungsschalter 81, 82 und die Trennschalter 91, 92 können jeweils mittels einer in der Figur 2 nicht grafisch dargestell¬ ten Steuerung angesteuert werden. In der dreiphasigen Ausführung der Schaltanlagenanordnung 100 sind in jeder Phase der beiden Zweige 51, 52 entsprechend der gezeigten Leistungs¬ schalter und Trennschalter angeordnet.
Die Schaltanlagenanordnung 100 umfasst ferner eine Kopplungseinrichtung 104. Die Kopplungseinrichtung 104 umfasst eine Leitung 15, die sich zwischen einem Potenzialpunkt 41 zwischen dem ersten Leistungsschalter 81 und dem ersten Trennschalter 91 und einem Potenzialpunkt 42 zwischen dem zweiten Leistungsschalter 82 und dem zweiten Trennschalter 92 erstreckt. In der mehrphasigen Ausführung der Schaltanlagenan- Ordnung 100 umfasst jede Phasenleitung eine eigene Leitung entsprechend dem Aufbau der Leitung 15. Die Kopplungseinrichtung 104 umfasst einen ersten Koppeltransformator 11 und einen zweiten Koppeltransformator 12, die zur Transformation von einem höheren Spannungsniveau auf ein niedrigeres Spannungsniveau (bzw. umgekehrt) eingerichtet sind.
Die Leitung 15 kann mittels eines Schalters 18 unterbrochen werden . Zur Kompensation von Streureaktanzen der beiden Koppeltransformatoren 11 und 12 ist ein Kondensator 25 vorgesehen.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltanlagenanord¬ nung 100 soll im Folgenden anhand des in Figur 3 beschriebe- nen Anwendungsfalls der Schaltanlagenanordnung in einer
Umrichteranordnung im Detail beschrieben werden.
Figur 3 zeigt eine Umrichteranordnung 1. Dabei sind gleiche und gleichartige Bauelemente in den Figuren 1, 2 und 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Umrichteranordnung 1 umfasst einen Umrichter 2 zum Umwandeln elektrischer Leistung. Der Umrichter 2 weist eine Gleichspannungsseite 21 zum Ver¬ binden mit einer zweipoligen Gleichspannungsleitung 3. Ferner weist der Umrichter 2 eine Wechselspannungsseite 22 auf, die zum Verbinden mit einer dreiphasigen Wechselspannungsleitung 4 eingerichtet ist. Die Wechselspannungsleitung 4 verbindet den Umrichter 2 mit einer Transformatorparallelschaltung 5. Die Transformatorparallelschaltung 5 umfasst einen ersten Transformatorzweig 51 sowie einen zweiten Transformatorzweig 52, die parallel zueinander geschaltet sind. Der erste Trans¬ formatorzweig 51 verbindet den Umrichter 2 mit einer Primär¬ wicklung 61 eines ersten Transformators 6. Der zweite Trans¬ formatorzweig 52 verbindet den Umrichter 2 mit einer Primärwicklung 71 eines zweiten Transformators 7. Eine Sekundär- wicklung 62 des ersten Transformators 6 und eine Sekundär¬ wicklung 72 des zweiten Transformators 7 sind jeweils mit ei¬ nem Wechselspannungsnetz 28 verbunden. Die beiden Primärwick- lungen 61, 71 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Drei¬ eckwicklungen realisiert. Die beiden Sekundärwicklungen 62, 72 sind als Sternwicklungen realisiert. Der erste Transformatorzweig 51 weist eine Reihenschaltung aus einem ersten Leistungsschalter 81 und einem ersten Trennschalter 91 auf. Entsprechend weist der zweite Transformator¬ zweig 52 eine Reihenschaltung aus einem zweiten Leistungsschalter 82 und einem zweiten Trennschalter 92 auf. Die Leis- tungsschalter 81, 82 und die Trennschalter 91, 92 können jeweils mittels einer in der Figur 3 nicht grafisch dargestell¬ ten Steuerung angesteuert werden. Es ist hierbei anzumerken, dass die Darstellung der Figur 3 nur eine der drei Phasen der Wechselspannungsleitung 4 explizit zeigt. In der dreiphasigen Ausführung der Umrichteranordnung 1 sind in jeder Phase entsprechend der gezeigten Leistungsschalter und Trennschalter angeordnet .
Die Umrichteranordnung 1 umfasst ferner eine Niederspannungs- Verbindung 10. Die Niederspannungsverbindung 10 erstreckt sich zwischen einem Potenzialpunkt 41 zwischen dem ersten Leistungsschalter 81 und dem ersten Trennschalter 91 und einem Potenzialpunkt 42 zwischen dem zweiten Leistungsschalter 82 und dem zweiten Trennschalter 92. In der mehrphasigen Aus- führung der Umrichteranordnung 1 umfasst jede Phasenleitung eine eigene Niederspannungsverbindung entsprechend dem Aufbau der Niederspannungsverbindung 10. Die Niederspannungsverbindung 10 entspricht in ihrer Funktion der Kopplungseinrichtung 104 aus Figuren 1 und 2.
Die Niederspannungsverbindung 10 umfasst einen ersten Spannungswandler 11 und einen zweiten Spannungswandler 12, die zur Transformation von Hochspannung in Niederspannung (bzw. umgekehrt) eingerichtet sind.
Der Strom auf der Niederspannungsseite der Spannungswandler 11, 12 wird mittels Messvorrichtungen 13 und 14 überwacht. Zwischen dem ersten Spannungswandler 11 und dem zweiten Spannungswandler 12 erstreckt sich eine Niederspannungsleitung 15. Die Niederspannungsleitung 15 weist eine erste Erdungs- Vorrichtung 16 und eine zweite Erdungsvorrichtung 17 auf. Mittels der beiden Erdungsvorrichtungen 16 bzw. 17 kann die Niederspannungsleitung 15 einpolig geerdet werden.
Die Niederspannungsverbindung 10 kann mittels eines ersten Lasttrennschalters 18 und eines zweiten Lasttrennschalters 19 durch eine Unterbrechung der Niederspannungsleitung 15 getrennt werden.
Die Niederspannungsverbindung 10 umfasst ferner einen mittels einer Überbrückungsvorrichtung 23 überbrückbaren Einschaltwiderstand 24.
Zur Kompensation von Streureaktanzen der beiden Spannungswandler 11 und 12 ist eine Niederspannungskapazität 25 vorge- sehen. In einer Parallelschaltung zur Niederspannungskapazität 25 ist ein Entladewiderstand 26 angeordnet, der zum kon¬ trollierten Entladen der Niederspannungskapazität 25 einge¬ richtet ist. Zum Schutz der Niederspannungskapazität 25 vor Überspannungen ist der Niederspannungskapazität 25 ein
Überspannungsabieiter 27 parallel geschaltet.
Die Vorgehensweise bei einem Zu- oder Abschalten eines der Transformatoren 6 bzw. 7 soll im Folgenden an zwei Fallbeispielen erläutert werden.
Im ersten Fallbeispiel ist eine elektrische Verbindung sowohl zwischen dem ersten Transformator 6 als auch zwischen dem zweiten Transformator 7 und dem Umrichter 2 hergestellt. Im Ausgangszustand sind also beide Leistungsschalter 81 und 82 sowie beide Trennschalter 91 und 92 geschlossen, während die Lasttrennschalter 18 und 19 geöffnet sind. Aufgrund eines Fehlers am zweiten Transformator 7 soll die elektrische Ver- bindung zwischen diesem und dem Umrichter 2 nun getrennt werden. Zunächst wird der zweite Leistungsschalter 82 angesteuert, zu öffnen. Dann werden der erste und der zweite Lasttrennschalter 18 bzw. 19 angesteuert, zu schließen. So- bald ein Potenzialausgleich zwischen den Potenzialpunkten 41 und 42 erfolgreich stattgefunden hat, kann der Trennschalter 92 geöffnet werden. Die Leistungsübertragung zwischen dem Umrichter 2 und dem Wechselspannungsnetz 28 findet nun lediglich über den ersten Transformator 6 statt.
Im zweiten Fallbeispiel besteht zunächst eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Transformator 6 und dem Umrichter 2, nicht jedoch zwischen dem zweiten Transformator 7 und dem Umrichter 2. Im Ausgangszustand sind demnach der ers- te Leistungsschalter 81 und der erste Trennschalter 91 geschlossen. Der zweite Leistungsschalter 82, der zweite Trennschalter 92 sowie die beiden Lasttrennschalter 18 bzw. 19 sind hingegen geöffnet. Nun soll die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Transformator 7 und dem Umrichter 2 her- gestellt werden. Dazu wird zunächst mittels der Niederspan¬ nungsverbindung 10 ein Potenzialausgleich zwischen den Potenzialpunkten 41 und 42 durch Schließen der Lasttrennschalter 18 und 19 hergestellt. Danach wird der zweite Trennschalter 92 geschlossen. Anschließend wird der zweite Leistungsschal- ter 82 ebenfalls geschlossen, womit die elektrische Verbin¬ dung zwischen dem zweiten Transformator 7 und dem Umrichter 2 hergestellt ist. Die Übertragung der elektrischen Leistung zwischen dem Umrichter 2 und dem Wechselspannungsnetz 28 erfolgt über beide Transformatoren 6 bzw. 7.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltanlagenanordnung (100,200) mit einem ersten Zweig (51), der eine erste, trennschalterseitige elektrische Anlage (101) mit einer zweiten elektrische Anlage (102) verbindet und mindestens eine Reihenschaltung aus einem ersten Trennschalter (91) und einem ersten Leistungsschalter (81) aufweist,
g e k e n n z e i c h n e t durch
eine elektrische Kopplungseinrichtung (104), die zum Potenzialausgleich zwischen einem ersten Potenzialpunkt (41) zwischen dem ersten Trennschalter (91) und dem ersten Leistungsschalter (81) und einem zweiten Potenzialpunkt (42, 421) in der Schaltanlagenanordnung (200) für ein spannungsfreies Schalten des ersten Trennschalters (91) eingerichtet ist.
2. Schaltanlagenanordnung (200) nach Anspruch 1, wobei der zweite Potenzialpunkt (421) zwischen dem ersten Trennschalter (91) und der trennschalterseitigen Anlage (101) angeordnet ist.
3. Schaltanlagenanordnung (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Zweig (61), der die erste Anlage (101) mit einer dritten elektrischen Anlage (103) verbindet und mindestens eine Reihenschaltung aus einem zweiten Trennschal¬ ter (92) und einem zweiten Leistungsschalter (82) aufweist, wobei der erste und der zweite Zweig (51,61) in einer Paral¬ lelschaltung zueinander angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Zweig (51,61) mittels der Kopplungseinrichtung (104) miteinander elektrisch koppelbar sind, so dass ein Potenzialausgleich zwischen einen ersten Potenzialpunkt (41) zwischen dem ersten Trennschalter (91) und dem ersten Leistungsschalter (81) und einem zweiten Potenzialpunkt (42) zwischen dem zweiten Trennschalter (92) und dem zweiten Leis- tungsschalter (82) erzielbar ist.
4. Schaltanlagenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kopplungseinrichtung (104) einen ersten und einen zweiten Koppeltransformator (11,12) sowie eine die beiden Koppeltransformatoren (11,12) verbindende Leitung (15) umfasst.
5. Schaltanlagenanordnung (100) nach Anspruch 4, wobei der erste und der zweite Koppeltransformator (11,12) Power
Voltage Transformer sind.
6. Schaltanlagenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Koppeltransformatoren (11,12) über einen Kondensator (25) verbunden sind.
7. Schaltanlagenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Leitung (15) einen oder mehrere Schalter (18,19) zum Unterbrechen der Leitung (15) umfasst.
8. Umrichteranordnung (1) mit einem Umrichter (2), der wech- selspannungsseitig mit einer Transformatorparallelschaltung (5) trennbar verbunden ist, wobei die Transformatorparallel¬ schaltung (5)
- einen ersten Transformatorzweig (51) aufweist, der den Umrichter (2) mit einer Primärwicklung (61) eines ersten Transformators (6) verbindet und eine Reihenschaltung aus einem ersten Trennschalter (91) und einem ersten Leistungsschalter (81) umfasst, und
- einen zum ersten Transformatorzweig (51) parallelen
zweiten Transformatorzweig (52) aufweist, der den Um- richter (2) mit einer Primärwicklung (71) eines zweiten
Transformators (7) verbindet und eine Reihenschaltung aus einem zweiten Trennschalter (92) und einem zweiten Leistungsschalter (82) umfasst, wobei
der erste und der zweite Transformatorzweig (51, 52) mittels einer Niederspannungsverbindung (10) miteinander verbindbar sind, wobei die Niederspannungsverbindung (10) einen ersten Potenzialpunkt (41) zwischen dem ersten Trennschalter (91) und dem ersten Leistungsschalter (81) mit einem zweiten Potenzialpunkt (42) zwischen dem zweiten Trennschalter (92) und dem zweiten Leistungsschalter (82) verbindet.
9. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 8, wobei die Niederspannungsverbindung (10) einen ersten und einen zweiten Spannungswandler (11, 12) sowie eine die beiden Spannungswandler (11, 12) verbindende Niederspannungsleitung (15) umfasst.
10. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Spannungswandler (11, 12) Power Voltage Trans¬ former sind.
11. Umrichteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Niederspannungsverbindung (10) eine Messvorrichtung (13, 14) zum Erfassen des Stromes in der Niederspannungsleitung (15) umfasst.
12. Umrichteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Niederspannungsverbindung (10) einen Niederspannungskondensator (25) aufweist.
13. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 12, wobei die
Niederspannungsverbindung (10) einen Überspannungsabieiter (27) umfasst, der in einer Parallelschaltung zum Niederspannungskondensator (25) angeordnet ist.
14. Umrichteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Niederspannungsverbindung (10) einen
Entladewiderstand (26) aufweist.
15. Umrichteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Niederspannungsverbindung (10) wenigstens einen Lasttrennschalter (18, 19) zum Unterbrechen der Niederspan- nungsverbindung (10) umfasst.
16. Verfahren zum Schutz einer Umrichteranordnung (1) mit einem Umrichter (2), der wechselspannungsseitig mit einer
Transformatorparallelschaltung (5) verbunden ist, wobei die TransformatorparallelSchaltung ( 5 )
- einen ersten Transformatorzweig (51) aufweist, der den
Umrichter (2) mit einer Primärwicklung (61) eines ersten Transformators (6) verbindet und eine Reihenschaltung aus einem ersten Trennschalter (91) und einem ersten Leistungsschalter (81) umfasst, und
- einen zum ersten Transformatorzweig (51) parallelen
zweiten Transformatorzweig (52) aufweist, der den Um¬ richter (2) mit einer Primärwicklung (71) eines zweiten Transformators (7) verbindet und eine Reihenschaltung aus einem zweiten Trennschalter (92) und einem zweiten Leistungsschalter (81) umfasst, bei dem
ein Potenzialausgleich zwischen
- einem ersten Potenzialpunkt (41) zwischen dem ersten
Trennschalter (91) und dem ersten Leistungsschalter (81) und
- einem zweiten Potenzialpunkt (42) zwischen dem zweiten
Trennschalter (92) und dem zweiten Leistungsschalter (82)
hergestellt wird, indem die beiden Potenzialpunkte (41, 42) mittels einer Niederspannungsverbindung (10) vor einem Schal- ten des ersten Trennschalters (91) oder des zweiten Trenn¬ schalters (92) miteinander elektrisch leitend verbunden werden .
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WO2001037298A1 (en) * 1999-11-18 2001-05-25 Abb Ab An electric switching device
WO2012103936A1 (de) 2011-02-01 2012-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum beseitigen eines fehlers an einer hochspannungs-gleichstromleitung, anlage zum übertragen eines elektrischen stromes über eine hochspannungs-gleichstromleitung und umrichter
DE102014008706A1 (de) * 2014-06-18 2015-12-24 Ellenberger & Poensgen Gmbh Trennschalter zur Gleichstromunterbrechung

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