DE1262418B

DE1262418B - Einrichtung zur Begrenzung von UEberstroemen

Info

Publication number: DE1262418B
Application number: DEL49915A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Becker; Dr-Ing Bernhard Kalkner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-02-08
Filing date: 1965-02-08
Publication date: 1968-03-07
Also published as: BE676138A; SE314734B; CH450531A; US3461308A; AT256219B; FR1467658A; GB1085468A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

H02h
Deutsche KL: 21 c - 68/50

Nummer: 1262418

Aktenzeichen: L 49915 VIII b/21 c

Anmeldetag: 8. Februar 1965

Auslegetag: 7. März 1968

Das Patent 1227129 betrifft eine Einrichtung zur Begrenzung von Überströmen in Energieversorgungsanlagen, insbesondere an der Kupplungsstelle von Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von Ausgleichsströmen zwischen diesen Netzen im Kurzschlußfall in einem dieser Netze oder bei Außertrittfallen, wobei in die Verbindung zwischen den zu kuppelnden Netzen eine Reihenschaltung von zwei Blindwiderständen, nämlich eine Induktivität und eine Kapazität, eingefügt ist, die im Normalbetrieb etwa die gleiche Größe haben, so daß die Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises etwa der Netzfrequenz entspricht, wobei parallel zum Kondensator eine eisengeschlossene sättigbare Drosselspule geschaltet ist und bei welcher mit der sättigbaren Drosselspule ein zusätzlicher Ohmwiderstand R in Reihe liegt, der bei Sättigung der Drossel D den resultierenden Leitwert der Anordnung überwiegend bestimmt.

Es ist schon die Verwendung eines Reihen-Schwingkreises zur Strombegrenzung in Wechselstromnetzen und an der Kuppelstelle zweier Netze bekannt, bei dem der Kondensator durch einen relaisbetätigten Schalter im Kurzschlußfall überbrückt wird. Bei Wiederkehr normaler Verhältnisse wird über eine Zeitverzögerung die Überbrückung wieder aufgehoben. Da mechanische Schalter mit der bekannten Zeitverzögerung eingesetzt sind, erfüllt diese Anordnung nicht die gestellte Aufgabe des Hauptpatents, den dynamischen Stromspitzenwert bereits abzuriegeln.

Eine weitere bekannte Anordnung zur Begrenzung von Kurzschlußströmen in Wechselstromleitungen besteht ebenfalls aus einer Kapazität und einer Induktivität in Reihenschaltung, die einen auf Resonanz abgestimmten Schwingkreis bilden. Hierbei wird die Kapazität im Überstromfall durch eine Funkenstrecke, einen Gasentladungsabieiter oder sonstige Gasentladungsgefäße überbrückt. Durch dieses plötzliche Ansprechen des Nebenschlusses tritt eine außerordentlich harte kurzzeitige Schalthandlung ein, die bei höheren Leistungen in Wechselstromnetzen sehr unerwünscht ist. Außerdem ist es heute noch mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden, wenn nicht gar unmöglich, solche Elemente wie Funkenstrecken und Gasentladungsableiter zur Überbrückung eines der Blindwiderstände im Kurzschlußfall für den gewünschten, mit der vorliegenden Erfindung erreichbaren Leistungsbereich herzustellen.

Eine andere Vorrichtung zum Schutz von überstromempfindlichen Verbrauchern, wie z. B. von Geräten mit Siliziumgleichrichtern oder Transistoren, Einrichtung zur Begrenzung von Überströmen

Zusatz zum Patent: 1227129

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Bernhard Kalkner, 6380 Bad Homburg; Dipl.-Ing. Hans Becker, 6100 Darmstadt

besteht auch aus einem auf Resonanz abgestimmten Reihenschwingkreis, der im Nennbetrieb einen vernachlässigbaren Widerstand aufweist, wobei zur Kapazität eine möglichst verlustarme Sättigungsdrossel parallel geschaltet ist, deren Induktivität im infolge Überstromes gesättigten Zustand Schwingungen höherer Frequenz zum Zweck einer Umladung des Kondensators ausführt, so daß der durchfließende Strom unter den Nennstrom herabgedrückt wird. Kippvorgang und rasche Umladungen, deren sich diese Anordnung zur Strombegrenzung bedient, schließen ihre Anwendung bei höherer Leistung in Starkstromanlagen praktisch aus. Auch wegen der Oberwellenrückwirkungen infolge der stark verzerrten Stromkurven ist die Anordnung im Netzbetrieb nicht tragbar.

Nur eine Anordnung gemäß Patent 1 227 129 erfüllt bei wirtschaftlicher Auslegung der Elemente die für Hoch- und Höchstspannungsnetze in bezug auf Spannungs- und Leistungsbereich gültigen Anforderungen. Ruhende elektromagnetische Maschinen, wie Transformatoren und Drosselspulen, und Kondensatoren kann man in jeder benötigten und gewünschten Auslegung herstellen. Insbesondere werden lichtbogenziehende Schaltgeräte, wie Funkenstrecken und Überspannungsableiter, und Leistungsschalter zum Anschalten des Kondensatornebenschlusses vermieden. Die ersteren haben den Nachteil, daß sie durch die außerordentlich leistungsstarken Lichtbögen einem starken Verschleiß unterworfen sein würden, vorausgesetzt man könnte sie überhaupt für den benötigten Leistungsbereich wirtschaftlich ferti-

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gen. Die Leistungsschalter wiederum sind infolge des Umwegs über Fühl- und Betätigungselemente mit einem unvermeidlichen Zeitverzug versehen, der sie für die gestellte Aufgabe, schon die dynamisch wirksamen Stromamplituden des Kurzschlußstromes abzuriegeln, ungeeignet machen. Nur das magnetische Schaltglied in Gestalt der Sättigungsdrossel, deren Sättigung und cjamit Schaltfunktion durch das Ansteigen des kurzschlußstromabhängigen Spannungs-Aber auch die unter 1 angeführte Bedingung wird bei einer Auslegung für den 1,5- oder 2fachen Nennstrom wesentlich günstiger. Es steht jetzt mehr Zeit zur Verfugung, bis der anschwingende Kurzschlußstrom den Wert erreicht, der durch die Sättigungsinduktion der Sättigungsdrossel letzten Endes vorbestimmt ist. Gleichzeitig wird mit dieser Auslegung erreicht, daß Größe und Phasenlage des vorhandenen Stromes beim Eintritt des Kurzschlusses sich bei der

abfalls selbst bewirkt wird, kann den Anforderungen io Überlagerung nicht mehr so stark auf die maximale genügen. Höhe der ersten Halbwellen auswirken. Es läßt sich Der Blindwiderstand dieser Drossel ist im nicht rechnerisch und experimentell nachweisen, daß bei gesättigten Zustand im normalen Strombereich ent- Eintritt des Kurzschlusses nunmehr die ersten Halbsprechend hoch, so daß die Kapazität mit der Haupt- wellen nicht wesentlich vergrößert sind gegenüber drossel einen nicht gestörten Reihenschwingkreis bil- 15 dem endgültig auftretenden Dauerstrom im Kurz-

det. Erreicht der Spannungsabfall über dem Kondensator infolge eines Ansteigens des Stromes einen bestimmten Grenzwert, so gerät der Drosselkern in Sättigung, und ihr induktiver Widerstand vermindert sich.

Infolge des nun wirksamen im wesentlichen Ohmschen Nebenschlusses zum Kondensator ist die Reihenresonanz gestört, und der Schwingkreis weist einen gegenüber vorher um ein Vielfaches vergrößerten resultierenden Widerstand auf, so daß der Strom in der Verbindungsleitung wirksam begrenzt wird. Als Begrenzungsstrom, also als Höchstwert des Dauerkurzschlußstromes, kann durch die Begrenzungskupplung ein Wert erreicht werden, der dem Nennstrom nahe liegen kann.

Wenn man sich zum Ziel setzt, den Kurzschlußstrom möglichst genau auf die Größe des Nennstromes zu begrenzen, so führt dies zwar der Rechnung nach zu günstigen Werten, es ist aber dabei zu berücksichtigen, daß

1. für den Einschwingvorgang, der für die erste Halbwelle maßgeblich ist, von ausschlaggebender Bedeutung ist, wie groß der Strom in dem Augenblick war, als der Kurzschluß eintrat, und

schlußfall.

Die vorbeschriebenen Vorteile lassen sich gemäß der Erfindung dadurch erzielen, daß das Größenverhältnis des Ohmschen Widerstandes im Parallelao pfad zum Blindwiderstand des Kondensators zwischen 0,3 und 2 liegt:

0,3 <

Xc

und das Größenverhältnis des Blindwiderstandes der parallelgeschalteten Drossel in gesättigtem Zustand zum Blindwiderstand des Kondensators zwischen 0,1 und 1 liegt:

0,1 <

Xzs Xc

< 1.

Hierbei bedeutet X_c die Reaktanz des Kondensators, Xzs die Reaktanz der gesättigten Drossel im Parallelzweig und R den Wert des Widerstandes im Parallelzweig.

In der Zeichnung ist in F i g. 1 ein Anwendungsbeispiel der Begrenzungskupplung zwischen einer

welche Phasenlage er zur Spannung hatte. ⁴° Spannungsquelie mit der treibenden Spannung C/~ Durch eine solche Überlagerung des Vorhände- und einem Verbrauchernetz, m dem durch den Bhtz-

pfeu em Kurzschluß angedeutet ist, dargestellt. Der Reihenschwingkreis besteht aus der linearen Induktivität L mit dem Blindwiderstand X_L und aus dem

nen Stromes mit den ersten Halbwellen des Einschwingstromes kann bereits eine Spannung

an Hauptinduktivität und Serienkondensator „ . „ . , ^ , ^

entstehen, die praktisch für die Auslegung be- ⁴⁵ Kondensator C mit der Reaktanz X_c Der Nebenstimmend ist und schon in der Gegend des dop- Schluß zum Kondensator besteht aus der sattigbaren

Drossel D mit der Reaktanz X₂ im ungesättigten und der Reaktanz X_Zs ün gesättigten Zustand sowie aus einem Ohmschen Widerstand R.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Blindwiderstandskennlinie der sättigbaren Drossel D. Ferner wird empfohlen, für diejenige Spannung U_zs, bei der die Sättigungsdrossel in den Sättigungswert übergeht, die halbe Netzspannung t/~ zu verwenden und im

pelten Wertes liegt, der bei Nennstrom auftritt. 2. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß zwei Netze im allgemeinen deshalb gekuppelt werden, damit im Störungsfall das eine Netz sich an der Überlastung des anderen Netzes wesentlich beteiligt. Eine Begrenzung nur auf den Nennstrom als Übergabestrom würde eine solche selbsttätige Hilfeleistung stark herabset-

zen, und es würde ein Auseinanderfallen des _{w &}

Betriebes begünstigt werden. . ^ _{erfindungsgemäße} Bemessung der Elemente

Erfindungsgemäß soll nun die Auslegung der EIe- der Begrenzungskupplung stellt sicher, daß den Anmente der Begrenzungskupplung so erfolgen, daß der Sprüchen des Betriebes auf Parallelbetrieb Rechnung Dauerkurzschlußstrom durch die Begrenzungskupp- 60 getragen wird, ein gleichmäßig sicheres Arbeiten der lung auf den 1,5- bis 2fachen Wert des Nennstromes Anordnung zuverlässig erfüllt ist und die Ausbildung festgelegt wird. Hierdurch wird erreicht, daß auch
beim Störungsfall des einen Netzes das andere den
Überlaststoß wesentlich mitträgt, und es wird außerdem ein genügend hohes synchronisierendes Moment 65
von der elektrischen Seite zur Verfügung gestellt, so
daß ein vorzeitiges Außertrittfallen der Netze weitgehend vermieden wird.

einer überhöhten ersten oder zweiten Halbwelle mit Sicherheit vermieden wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Begrenzung von Überströmen in Energieversorgungsanlagen, insbesondere an der Kupplungsstelle von Hochspannungs-

wechselstromnetzen, sowie von Ausgleichsströmen zwischen diesen Netzen im Kurzschlußfall in einem dieser Netze oder bei Außertrittfallen, bei welcher in die Verbindung zwischen den zu kuppelnden Netzen eine Reihenschaltung von zwei 5 Blindwiderständen, nämlich eine Induktivität und eine Kapazität, eingefügt ist, die im Normalbetrieb etwa die gleiche Größe haben, so daß die Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises etwa der Netzfrequenz entspricht, und bei welcher parallel zum Kondensator eine eisengeschlossene sättigbare Drosselspule geschaltet ist, wobei mit der sättigbaren Droseslspule ein zusätzlicher Ohmwiderstand (R) in Reihe liegt, der bei Sättigung der Drossel (D) den resultierenden Leitwert der Anordnung überwiegend bestimmt, nach Patent 1 227 129, dadurch gekennzeichnet, daß das Größenverhältnis des Ohmschen Widerstandes im Parallelpfad zum Blindwiderstand des Kondensators im Bereich zwischen 0,3 ao und 2 liegt:

0,3 <

Xc

< 2,

und das Größenverhältnis des Blindwiderstandes der parallelgeschalteten sättigbaren Drossel im gesättigten Zustand zum Blindwiderstand des Kondensators zwischen 0,1 und 1 liegt:

0,1 - ^Xzs

< 1.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung, bei der die Sättigungsdrossel in die Sättigung übergeht, die halbe Netzspannung beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung, bei der die Sättigungsdrossel in die Sättigung übergeht, unterhalb des Scheitelwertes der Netzspannung liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1149 801.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen