CH636476A5 - METHOD FOR SHUTDING OFF AN INDUCTIVE LOAD IN A THREE-PHASE HIGH VOLTAGE NETWORK. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschaltung einer induktiven Last in einem Dreiphasenhochspannungsnetz mit Hilfe eines Schalters mit kurzer dielektrischer Erholungszeit. The invention relates to a method for switching off an inductive load in a three-phase high-voltage network with the aid of a switch with a short dielectric recovery time.
Es hat sich gezeigt, dass beim Abschalten einer induktiven Last in einer Dreiphasenhochspannungsschaltung an der abzuschaltenden Last manchmal hohe Überspannungen auftreten. Da diese Überspannungen infolge Isolationsdurchbruchs oder dergleichen beträchtliche Schäden in der Schaltung herrufen können, hat man zahlreiche Untersuchungen vorgenommen, um die wahrscheinlichen Ursachen dieser hohen Überspannungen zu ermitteln. Diese Untersuchungen haben ergeben, dass die hohen Überspannungen nur dann auftreten, wenn in der betreffenden Schaltung mindestens eine eine Anzahl von Bedingungen erfüllt, von denen die wichtigsten nachfolgend angeführt sind: It has been shown that when an inductive load is switched off in a three-phase high-voltage circuit, high overvoltages sometimes occur at the load to be switched off. Since these overvoltages due to insulation breakdown or the like can cause considerable damage to the circuit, numerous studies have been carried out to determine the probable causes of these high overvoltages. These studies have shown that the high overvoltages only occur if at least one of the relevant conditions is met in the circuit in question, the most important of which are listed below:
1. Zum Schalten werden Schalter benutzt, deren Dielektrikum sich schnell erholt; diese Bedingung wird durch Vakuumschalter erfüllt. 1. Switches are used for switching, the dielectric of which quickly recovers; this condition is met by vacuum switches.
2. Das Erfordernis einer vorbestimmten Schaltungsausbildung; hierzu gehört unter anderem das Vorhandensein einer genügenden Kapazität zwischen den Phasen sowohl auf der Generatorseite wie auch auf der Lastseite des Schalters. 2. The requirement of predetermined circuit design; This includes, among other things, the existence of sufficient capacitance between the phases both on the generator side and on the load side of the switch.
3. Die Schaltzeit ist so, dass kurz nach dem Trennen der Kontaktelemente an einem Pol des Schalters ein Stromnulldurchgang auftritt. 3. The switching time is such that a current zero crossing occurs at one pole of the switch shortly after the contact elements have been disconnected.
Beim Abschalten einer Last unter den vorstehenden Bedingungen tritt in der ersten beim Stromnulldurchgang Unterbrochenen Phase eine Überspannung auf, die eine Rückzündung in dieser Phase zur Folge haben kann. Unter den vorherrschenden Umständen wird der durch diese Rückzündungen bedingte Strom, der sehr hochfrequent ist, ganz oder teilweise überlagert von dem Netzstrom in den anderen Phasen, die trotz einer bereits erfolgten Unterbrechung noch Strom führen. Wenn der aus dieser Überlagerung resultierende Strom und der in diesen Phasen fliessende Schaltungsstrom ungefähr zu Null wird, dann werden auch die beiden anderen Phasen unterbrochen. Da jedoch im Augenblick der Rückzündung der Schaltungsstrom in der ersten Phase, welcher die Rückzündung verursacht hat, dicht beim Stromnulldurchgang ist, ist der Augenblickswert des Stromes in den beiden anderen Phasen relativ hoch, und es tritt ein sogenanntes Hochstromchop-ping auf. In der Literatur wird diese Erscheinung des impulsweise auftretenden relativ hohen Stroms im allgemeinen als virtuelles Chopping bezeichnet. Da hierbei der Stromanstieg di/dt hoch ist, können in der Anlage sehr hohe Uberspannungen auftreten. When a load is switched off under the above conditions, an overvoltage occurs in the first phase interrupted when the current crosses zero, which can result in a re-ignition in this phase. Under the prevailing circumstances, the current caused by these re-ignitions, which is very high-frequency, is completely or partially superimposed by the mains current in the other phases, which still carry current despite an interruption that has already taken place. If the current resulting from this superposition and the circuit current flowing in these phases becomes approximately zero, then the other two phases are also interrupted. However, since at the moment of re-ignition, the circuit current in the first phase that caused the re-ignition is close to zero current, the instantaneous value of the current in the other two phases is relatively high and so-called high-current chopping occurs. In the literature, this phenomenon of the relatively high current occurring in pulses is generally referred to as virtual chopping. Since the current increase di / dt is high, very high overvoltages can occur in the system.
In einer Veröffentlichung von M. Murano u.a. «Three-phase simultaneous interruption in interrupting inductive cur-rent using vacuum switches» in IEEE Transactions on Power Apparatus Systems, vom Januar/Februar 1974, Seiten 272 bis 280, ist bezüglich der Erscheinung des «Virtual chopping» vorgeschlagen worden, einen Widerstand in Reihe mit einer Kapazität parallel zur Last zwischen Phasen und Masse zu schalten. Dies ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass die Widerstands- und Kapazitätswerte an die betreffende Schaltung und die abzuschaltende Last angepasst werden müssen, und im Falle hoher Ströme ist diese Lösung darüber hinaus recht teuer. In a publication by M. Murano et al. "Three-phase simultaneous interruption in interrupting inductive cur-rent using vacuum switches" in IEEE Transactions on Power Apparatus Systems, January / February 1974, pages 272 to 280, has proposed a resistance in relation to the appearance of "virtual chopping" Series with a capacity to connect in parallel to the load between phases and ground. However, this has the disadvantage that the resistance and capacitance values have to be adapted to the circuit in question and the load to be switched off, and this solution is also quite expensive in the case of high currents.
Bei einem anderen, in der erwähnten Veröffentlichung vorgeschlagenen Verfahren wird ein nichtlinearer Widerstand verwendet, dessen hohe Kosten gleichfalls nachteilig sind. Another method proposed in the aforementioned publication uses a non-linear resistor, the high cost of which is also disadvantageous.
Gemäss einem weiteren Verfahren werden Überspannungsabieiter zur Begrenzung der schädlichen Auswirkungen des «Virtual chopping» verwendet. Dieses Verfahren hat ebenfalls den Nachteil relativ hoher Kosten, und ausserdem müssen diese Überspannungsabieiter so dicht wie möglich bei der Last installiert werden. According to another method, surge arresters are used to limit the harmful effects of virtual chopping. This method also has the disadvantage of being relatively expensive, and furthermore these surge arresters have to be installed as close as possible to the load.
Den oben erwähnten Verfahren ist gemeinsam, dass sie nur unter denjenigen Schaltungsbedingungen arbeiten, für welche sie entworfen sind. Bei einer Änderung dieser Bedingungen muss man daher das Verfahren entsprechend dieser Änderung abwandeln. Weiterhin sind diese Verfahren nicht gegen die Verhinderung des «Virtual chopping» gerichtet, sondern nur auf einen Schutz gegen dessen Auswirkungen. The methods mentioned above have in common that they only work under the circuit conditions for which they are designed. If these conditions change, the procedure must therefore be modified accordingly. Furthermore, these methods are not aimed at preventing virtual chopping, but only at protecting against its effects.
Ein besseres Verfahren wäre es daher, dass «Virtual chopping» vollständig zu vermeiden. Dies kann erreicht werden, wenn man dafür sorgt, dass eine der oben erwähnten drei Bedingungen für dessen Auftreten nicht erfüllt sind. A better method would therefore be to avoid “virtual chopping” completely. This can be achieved by making sure that one of the above three conditions for its occurrence are not met.
Wenn man die besonderen Vorteile eines Vakuumschalters auszunützen wünscht, dann ist die erste Bedingung jedoch erfüllt. Zur Ausschaltung der zweiten Bedingung müssen sowohl die stromquellenseitigen als auch die lastseitigen Zuleitungen des Schalters vollständig gegeneinander abgeschirmt sein. In der Praxis erscheint dies jedoch als schwierige und teure Aufgabe. If you want to take advantage of the special advantages of a vacuum switch, then the first condition is fulfilled. To switch off the second condition, both the power source-side and the load-side leads of the switch must be completely shielded from each other. In practice, however, this appears to be a difficult and expensive task.
Schliesslich muss das Auftreten der dritten Bedingung verhindert werden durch Synchronisierung der Schaltzeit mit dem Stromnulldurchgang derart, dass die Kontaktelemente nicht nahe beim Stromnulldurchgang getrennt werden. Aber auch derartige Massnahmen verlangen die Verwendung komplizierter und teurer Einrichtungen. Finally, the occurrence of the third condition must be prevented by synchronizing the switching time with the zero current crossing in such a way that the contact elements are not separated close to the zero current crossing. But such measures also require the use of complicated and expensive facilities.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Angabe eines Schaltverfahrens zur Verhinderung des «Virtual chopping» auf einfache und dementsprechend wenig kostspielige Art unabhängig von den Schaltungsbedingungen. Die Erfindung sieht daher ein Schaltverfahren der oben erwähnten Art vor, welche sich dadurch auszeichnet, dass beim Unterbrechungsvorgang zwei der drei Schaltstrecken, die eine kurze Dielektrikumerholzeit haben, um mindestens ein Drittel einer Periode der Netzfrequenz später als die andere der drei Schalterstrecken öffnen zuzüglich der minimalen Lichtbogenzeit in der anderen Schalterstrecke. The object of the invention is now to provide a switching method for preventing "virtual chopping" in a simple and, accordingly, less expensive manner, regardless of the circuit conditions. The invention therefore provides a switching method of the type mentioned above, which is characterized in that, during the interruption process, two of the three switching paths, which have a short dielectric recovery time, open later than the other of the three switching paths, plus the minimum, by at least a third of a period of the mains frequency Arc time in the other switch route.
Dieses Schaltverfahren garantiert, dass unter keinen Umständen irgendein «Virtual chopping» mehr möglich ist. This switching method guarantees that under no circumstances is any «virtual chopping» possible.
Die Erfindung schafft ferner einen Schaltmechanismus zur Durchführung dieses Verfahrens, welcher in der Lage ist, das «Virtual chopping» zu verhindern. Dieser Schaltermechanismus ist durch Mittel gekennzeichnet, welche beim Unterbrechen das Öffnen einer Schalterstrecke früher einleiten als für die beiden anderen Schalterstrecken, und zwar so, dass zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem die erste Schalterstrecke geöffnet wird, und dem Zeitpunkt, zu welchem die beiden The invention also provides a switching mechanism for carrying out this method, which is able to prevent "virtual chopping". This switch mechanism is characterized by means which, when interrupted, initiate the opening of a switch route earlier than for the other two switch routes, in such a way that between the time at which the first switch route is opened and the time at which the two
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anderen Schalterstrecken geöffnet werden, ein Intervall liegt, das mindestens einem Drittel der Periode der Netzfrequenz entspricht. other switch routes are opened, there is an interval that corresponds to at least one third of the period of the network frequency.
Die Erfindung wird nun im einzelnen an einem Beispiel anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigen: s The invention will now be explained in detail using an example with reference to the accompanying drawings. It shows: s
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemässen Schaltverfahrens ; 1 shows a simplified circuit diagram to explain the switching method according to the invention;
Fig. 2 ein Oszillogramm zur Veranschaulichung des Zustandes, in welchem beim Öffnen einer Schalterstrecke oder eines Pols der Strom in der betreffenden Phase beim nächsten io Stromnulldurchgang unterbrochen wird; und 2 shows an oscillogram to illustrate the state in which, when a switch path or a pole is opened, the current in the relevant phase is interrupted at the next zero current crossing; and
Fig. 3 ein Oszillogramm des Zustandes, in welchem beim Öffnen der Schalterstrecke oder des Pols der Strom in der betreffenden Phase nicht beim nächsten Stromnulldurchgang unterbrochen wird. v 15 Fig. 3 is an oscillogram of the state in which the current in the phase concerned is not interrupted at the next current zero crossing when the switch path or the pole is opened. v 15
In Fig. 1 sind der Schalter bzw. die Last durch die Bezugszeichen K bzw. L angedeutet, die Phasen mir R, S und T bezeichnet und die zugehörigen Schalterstrecken des Schalters mit den Bezugsziffern 1,2 bzw. 3 versehen. In Fig. 1, the switch or the load are indicated by the reference numerals K and L, the phases with R, S and T designated and the associated switch routes of the switch with the reference numerals 1,2 and 3 respectively.
Es sei nun angenommen, dass die Schalterstrecke 1 der 20 Phase R zu einem früheren Zeitpunkt als die Schalterstrecken 2 und 3 der Phasen S und T öffnet, also etwa mit einem Intervall T2, welches gleich oder grösser als ein Drittel des Zyklus der Netzfrequenz ist vermehrt um die minimale Lichtbogenzeit des Schalters bei Stromleitung bis zum «Virtual chopping». 25 It is now assumed that the switch path 1 of the 20 phase R opens earlier than the switch paths 2 and 3 of the phases S and T, that is to say with an interval T2 which is equal to or greater than a third of the cycle of the mains frequency the minimum arc time of the switch in the case of power line up to «virtual chopping». 25th
In Fig. 2 ist ein Grenzfall dargestellt, wo das «Virtual chopping» auftreten kann, also eine Situation, in welcher die Öffnungszeit Ti entsprechend dem Öffnen der Schalterstrecke 1 so gewählt ist, dass zwischen diesem Punkt ti und dem nächsten Stromnulldurchgang zum Zeitpunkt h der Phase R das 3o Intervall Ti vorgesehen ist, welches gleich der minimalen Lichtbogenzeit des Schalters ist. Die Schalterstrecken 2 und 3 der Phasen S und T werden zum Zeitpunkt t3 geöffnet, und zwischen den Zeitpunkten t3 und ti liegt das vorerwähnte Intervall T2. 35 2 shows a borderline case where “virtual chopping” can occur, that is, a situation in which the opening time Ti is selected in accordance with the opening of the switch path 1 in such a way that between this point ti and the next current zero crossing at the time h Phase R the 3o interval Ti is provided, which is equal to the minimum arc time of the switch. The switch sections 2 and 3 of phases S and T are opened at time t3, and the aforementioned interval T2 lies between times t3 and ti. 35
Man kann sich nun zwei Situationen vorstellen, nämlich a) die in Fig. 2 dargestellte Situation, in welcher der Strom in der Phase R beim ersten Stromnulldurchgang nach Öffnen der Schalterstrecke 1 unterbrochen wird, also zum Zeitpunkt t2, 40 Two situations can now be imagined, namely a) the situation shown in FIG. 2, in which the current in phase R is interrupted at the first current zero crossing after the switch path 1 has been opened, that is to say at time t2, 40
b) die Situation entsprechend Fig. 3, in welcher der Strom in der Phase R zum ersten Stromnulldurchgang nach Öffnen der Schalterstrecke 1 nicht unterbrochen wird. b) the situation corresponding to FIG. 3, in which the current in phase R to the first current zero crossing after opening switch path 1 is not interrupted.
In der Situation a) kann kein «Virtual chopping» auftreten, weil kurz vor dem Zeitpunkt t3 die anderen Schalterstrecken 2 « und 3 der Phasen S bzw. T noch geschlossen sind und dementsprechend eine Bedingung für das «Virtual chopping» nicht erfüllt ist, nämlich ein gleichzeitiges Dreiphasenschalten. In situation a) no "virtual chopping" can occur because shortly before time t3 the other switch sections 2 "and 3 of phases S and T are still closed and accordingly a condition for" virtual chopping "is not fulfilled, namely a simultaneous three-phase switching.
Nach dem Öffnen der Schalterstrecken 2 und 3 zum Zeitpunkt t3 werden die Ströme in diesen Phasen gleichzeitig in bekann- so ter Weise unterbrochen, etwa zum Zeitpunkt t». Wenn nun die Öffnungszeit ti der Schalterstrecke 1 auf einen früheren Zeitpunkt vorverlegt wird, also wenn das Intervall zwischen ti und t2 über das Intervall Ti hinausreicht, dann wird der Strom in der Phase R sicherlich zum Zeitpunkt t2 unterbrochen, weil die ss Lichtbogenzeit der Schalterstrecke 1 länger als die minimale Lichtbogenzeit Ti des Schalters ist, so dass auch in diesen Fällen ein «Virtual chopping» unmöglich scheint. After the switch paths 2 and 3 have been opened at the time t3, the currents in these phases are simultaneously interrupted in a known manner, for example at the time t '. If the opening time ti of the switch path 1 is now brought forward to an earlier point in time, i.e. if the interval between ti and t2 extends beyond the interval Ti, then the current in phase R is certainly interrupted at point in time t2 because the ss arc time of the switch path 1 is longer than the minimum arc time Ti of the switch, so that «virtual chopping» also seems impossible in these cases.
Wenn nun aber gemäss dem Fall b) der Strom in der Phase But if according to case b) the current is in phase
R nicht zum Zeitpunkt t2 unterbrochen wird, dann wird dieser Strom erst beim nächsten Stromnulldurchgang unterbrochen, also zum Zeitpunkt t4, wie dies Fig. 3 zeigt. Die anderen Schalterstrecken 2 und 3 werden dann zum Zeitpunkt t3 geöffnet, so dass die Schalterstrecke 2 gerade nach dem Stromnulldurchgang der betreffenden Phase S öffnet. Dementsprechend werden die Phasen S und T in bekannter Weise gleichzeitig erst zum Zeitpunkt ts unterbrochen. Wenn die Stromunterbrechung in der Phase R in der beschriebenen Weise zum Zeitpunkt t4 erfolgt, dann tritt kein «Virtual chopping» auf, weil zu diesem Zeitpunkt die Trennung der Kontaktelemente der Schalterstrecke 1 genügend lange gedauert hat, um eine Rückzündung zu verhindern. Wenn nun die Öffnungszeit ti der Schalterstrecke 1 verzögert wird, also wenn das Intervall zwischen ti und t4 kleiner wird, dann wird die Schalterstrecke R immer zum Zeitpunkt t4 unterbrochen, bis dieses Intervall so kurz wird, dass der unter a) besprochene Fall wieder eintritt. Es leuchtet ein, dass im Falle a) in ähnlicher Weise nach Einstellung des Zeitpunktes ti auf einen zunehmend früheren Zeitpunkt dieser Fall a) in den Fall b) übergeht. Wo die Fälle a) und b) die Grenzen des Bereiches «Leiten» zu «Virtual chopping» abstecken, verhindert das erfindungsgemässe Schaltverfahren gemäss den obigen Darlegungen das Phänomen des «Virtual chopping». R is not interrupted at time t2, then this current is only interrupted at the next current zero crossing, that is to say at time t4, as shown in FIG. 3. The other switch sections 2 and 3 are then opened at time t3, so that the switch section 2 opens just after the current zero crossing of the phase S in question. Accordingly, the phases S and T are only interrupted in a known manner at the time ts. If the current interruption in phase R takes place in the manner described at time t4, then no “virtual chopping” occurs because at this time the separation of the contact elements of the switch path 1 took a sufficiently long time to prevent re-ignition. If the opening time ti of the switch path 1 is now delayed, i.e. if the interval between ti and t4 becomes smaller, the switch path R is always interrupted at time t4 until this interval becomes so short that the case discussed under a) occurs again. It is obvious that in case a) in a similar way after setting time ti to an increasingly earlier time, this case a) changes to case b). Where the cases a) and b) mark the boundaries of the “routing” area to “virtual chopping”, the switching method according to the invention prevents the phenomenon of “virtual chopping” according to the above statements.
Zusammenfassend sei bemerkt, dass in all den oben angeführten Fällen der Strom in der zuerst geöffneten Schalterstrecke zu einem Zeitpunkt unterbrochen wird, zu welchem entweder die beiden anderen Schalterstrecken noch geschlossen sind oder die zuerst geöffnete Schalterstrecke schon so weit geöffnet ist, dass ein «Virtual chopping» überhaupt nicht mehr auftreten kann. Tatsächlich liegen natürlich die oben beschriebenen Situationen auch vor, wenn eine der beiden anderen Schalterstrecken zuerst geöffnet wird, wohingegen das Ergebnis des Schaltverfahrens auch unabhängig von der Phasenfolge des dreiphasigen Stromnetzwerkes ist. In summary, it should be noted that in all of the cases mentioned above, the current in the switch route opened first is interrupted at a point in time at which either the other two switch routes are still closed or the switch route opened first is sufficiently open that virtual chopping »Can no longer occur. In fact, of course, the situations described above also exist when one of the other two switch sections is opened first, whereas the result of the switching process is also independent of the phase sequence of the three-phase power network.
Die Erfindung schafft somit ein Schaltverfahren, welches dazu beiträgt, dass man unter verschiedenen Bedingungen schalten kann, ohne dass ein «Virtual chopping» auftritt und ohne dass besondere Massnahmen ausser der einfachen Anpassung des Schalters notwendig wären. In der Praxis lässt sich dieses Schaltverfahren anwenden durch Abwandlung des Schaltermechanismus des Schalters in solcher Weise, dass beim Öffnen eine Schalterstrecke um die erwähnte Zeit früher als die beiden anderen Schalterstrecken öffnet. Es ist selbstverständlich, dass das Einschalten in normaler Weise gleichzeitig für alle drei Schalterstrecken erfolgt. Ein Mechanismus, der sich gut für das erfindungsgemässe Schaltverfahren eignet, ist in der holländischen Patentanmeldung Nr. 7606848 beschrieben. Dieser Mechanismus braucht nur so modifiziert zu werden, dass die Nockenscheiben, welche das Ein- und Ausschalten steuern, zwei Schalterstrecken gleichzeitig betätigen, während die dritte Schalterstrecke durch eine gesonderte oder versetzte Nockenscheibe getrennt betätigt wird. Diese gesonderte Nockenscheibe kann so ausgebildet sein, dass die zugehörige Schalterstrecke mit ihrer Hilfe um die gewünschte Zeit vor dem Öffnen der beiden anderen Schalterstrecken unterbrochen wird. Das Einschalten kann unverändert bleiben. The invention thus creates a switching method which contributes to the fact that switching can take place under various conditions, without “virtual chopping” occurring and without requiring any special measures other than simply adapting the switch. In practice, this switching method can be used by modifying the switch mechanism of the switch in such a way that, when opened, a switch path opens earlier than the other two switch paths by the time mentioned. It goes without saying that the switch-on is normally carried out simultaneously for all three switch sections. A mechanism which is well suited for the switching method according to the invention is described in Dutch patent application No. 7606848. This mechanism only needs to be modified so that the cam disks, which control the switching on and off, operate two switch sections simultaneously, while the third switch section is operated separately by a separate or offset cam plate. This separate cam disk can be designed in such a way that the associated switch path is interrupted with the help of the desired time before the opening of the other two switch paths. Switching on can remain unchanged.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |