DE2546627A1

DE2546627A1 - Ueberstrombegrenzungseinrichtung fuer elektrische hochleistungsuebertragungsleitungen

Info

Publication number: DE2546627A1
Application number: DE19752546627
Authority: DE
Inventors: Lorne D Mcconnell
Original assignee: ITE Imperial Corp
Current assignee: ITE Imperial Corp
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US3957329A; SE7512041L; CA1041598A; FR2290070A1

Description

I-T-E Unser Zeichen:

IMPERIAL CORPORATION ' yp^. 74/8358

GdI 22 Etz

Überstrombegrenzungseinrichtung für elektrische Hochleistungsübertragungsleitungen

(Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Serial-Nr. 519 993 vom 1. November 1974 in den Vereinigten Staaten beansprucht)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überstrombegrenzungseinrichtung für elektrische Hochleistungsübertragungsleitungen, die mit einer strombegrenzenden Impedanz in Reihe geschaltet und mit einem Schalter versehen ist, durch dessen Betätigung diese strombegrenzende Impedanz in die Übertragungsleitung hinein oder aus ihr herausgeschaltet werden kann.

Als Ergebnis der ständigen NetzZusammenschlüsse und immer größerer Generatoren verzeichnet die stromerzeugende Industrie ein rapides Anwachsen der Kurzschlußströme in Verbundnetzen. Diese Änderungen sind wegen der Wirtschaftlichkeit und höheren Rentabilität größerer Verbundnetze und größerer Generatoren instituiert worden. Unwissentlich sind dabei oft Veränderungen in anderen Teilen der Netze übersehen worden. Daher sind die Leistungsschalter teurer geworden; die mechanische Festigkeit bestimmter Netzkomponenten mußte erhöht werden, damit diese den durch die höher en Überströme erzeugten magnetischen Kräften widerstehen können. Aufgrund der durch den Durchgangsstrom in Transformatoren erzeugten zerstörenden Kräfte wurde die Betriebssicherheit reduziert. Als Ergebnis der größeren Überströme ist die Netzstabilität beeinflußt worden. Aufgrund der gestiegenen Schaltanforderungen mußten ältere Leistungsschalter ausgewechselt werden, was zusätzliche Ausgaben verursachte.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Überstrombegrenzungseinrichtung, die den Überstrom auf 30 bis 40 % des

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möglichen Wertes begrenzen kann, die Anforderung an die Leistungsschalter reduzieren wird. Sie reduziert die Transformatordurchgangsströme und erlaubt Transformatoraufbauten, die zuverlässiger und wirtschaftlicher sind. Sie erlaubt auch wirtschaftlichere Freileitungsaufbauten, da sie Probleme mit Leitungsschäden reduzieren und die Netzstabilität erhöhen wird. Eine Überstrombegrenzungseinrichtung kann also ganz allgemein Kosten reduzieren und die Zuverlässigkeit der Netze steigern, wo immer magnetische Kräfte und durch Überströme verursachte thermische Probleme die Aufbauten begrenzen. Die Betriebsregeln für Netze (das bedeutet die. Stabilität der Netze) und die Wirtschaftlichkeit der Konstruktion werden in" ein günstigeres Licht gestellt. Durch die gegenwärtige Brennstoffknappheit werden für die Zukunft noch ausgedehntere Generatoreinheiten gefordert sowie eine Steigerung der Betriebssicherheit durch die Überlappung von Übertragungsnetzen.

In einem Versorgungssystem für 230 kV sind die Fehlergrenzen von einem Maximum von 6 GVA im Jahre 1955 auf 15 GVA im Jahre 1965 und mehr als 20 GVA im Jahre 1970 angewachsen. Gegenwärtig arbeitet dieses Versorgungssystem mit offenen Zwischenverbindungen, Trenn- sowie Leistungsschaltern, um die Überstromgrenze innerhalb der Leistungsfähigkeit der Verbindungsstromschienen zu halten.

Die Ausschaltung solcher Zwischenverbindungen setzt jedoch die Sicherheit und die Stabilität des Versorgungssystems aufs Spiel und verursacht ein uneffektives Arbeiten desselben. Diese Nachteile sind der Preis, um für kürzlich installierte Verteilerstationen eine hinreichend lange Lebensdauer zu erhalten und um damit die hohen Kosten für eine Erneuerung dieser Einrichtungen zu umgehen. Dazu muß der Überstrom unter einer Grenze gehalten werden, bei der diese vorgesehenen Einrichtungenhoch anwendbar sind.

Gleicherweise wird ein Anstieg der erzeugten Elektrizität in Verbundnetzen in den nächsten Jahren erfolgen. Die Fehlergrenze in einigen Teilen des Systems wird bis 1975 bis zu einem Wert

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von 30 GVA anwachsen. Setzt man das Anwachsen der Fehlergrenzkurve in die Zukunft fort, so kann man einen Bedarf von 40 GYA für die frühen 80-iger Jahre vorhersagen. Deshalb hätten heutzutage angeschaffte Einrichtungen mit einer Fehlerleistungsgrenze von 30 GVA nur eine Lebenserwartung von weniger als 10 Jahren. Ein starkes Anwachsen der Leistungstransformatorausfälle ist die Folge, wenn man diese immer höheren Überströmen aussetzt. Hohe Kosten und Straf en sind zu erwarten, wenn beim Anwachsen der Systeme ein damit verbundenes Anwachsen der Überstromgrenzen unkontrolliert erlaubt wird.

Heutzutage gibt es nur eine Einrichtung, die begrenzte Anwendung in der Überstrombegrenzung von elektrischen Leistungssystemen gefunden hat. Das ist eine Überstrombegrenzungseinrichtung in ■ Form eines LC-Reihenresonators, in dem das kapazitive Element unter Überstrombedingungen kurzgeschlossen wird, wodurch die induktive Impedanz der Drossel in Reihe mit der Übertragungsleitung verbleibt (vgl. DT-PS 1 149 801, DT-PS 1 227 129 und DT-PS 1 262 418).

Die bisher entwickelte und angewendete LC-Resonanzüberstrombegrenzungseinrichtung verwendet separate Drosseln und Kondensatoren, die durch externe Leitungen miteinander verbunden sind. Das kapazitive Element wird durch eine in Sättigung kommende Drosselspule überbrückt. Wegen dieser Faktoren ist die Form des Begrenzers so groß (so groß wie der Hauptleistungstransformator des Systems) und damit unwirtschaftlich, daß in Verteilerstationen oft kein Platz für seine Unterbringung vorhanden ist.

Die Erfindung besteht darin, daß eine schnelle, stromempfindliche Vorrichtung, die an die Hochleistungsübertragungsleitung angeschlossen ist und zumindest einen Teil des über diese Übertragungsleitung fließenden Stromes führt und die, wenn der über diese stromempfindliche Vorrichtung fließende Strom oder dessen Quadrat über eine vorbestimmte Zeit einen vorbestimmten Wert übersteigt, ein Ausgangsglied betätigt und durch eine Hochgeschwin-

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digkeitsschaltvorrichtung ein Schalter sowie durch einen Betätigungsmechanismus, der, ausgelöst durch das Ausgangsglied der stromempfindlichen Vorrichtung, die Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der stromempfindlichen Vorrichtung in eine offene oder eine geschlossene Stellung überführt.

Durch Anwendung der Erfindung kann die Überstrombegrenzungseinrichtung an eine neue oder eine bereits bestehende HochleJstungsübertragungsleitung angeschlossen werden. Sie kann aus relativ kleinen, käuflich erhältlichen Komponenten bestehen, die in einem unabhängigen, spannungsfreien Gehäuse untergebracht sind. Die Erfindung kann jeden gewünschten Typ von strombegrenzender Impedanz verwenden, die in Serie mit der zu schützenden Übertragungsleitung verbunden ist. Bei dieser Impedanz kann es sich um einen linearen oder nichtlinearen Widerstand handeln oder um eine Luftspule oder um eine Komponente (den Kondensator) eines LC-Resonanzkreises. Die Impedanz oder eine ihrer Komponenten arbeitet mit einer Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung, wie beispielsweise einem Vakuumunterbrecher, zusammen. Diese Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung verbindet die Impedanz relativ mit der zu schützenden Übertragungsleitung; sie entfernt sie normalerweise aus der Übertragungsleitung und schaltet sie in Abhängigkeit vom Auftreten eines Fehlers in diese hinein.

Handelt es sich bei der Impedanz um einen einfachen Widerstand oder einer einfachen Induktivität, so ist diese Impedanz normalerweise durch einen geschlossenen Schalter, wie beispielsweise einen Vakuumunterbrecher, kurzgeschlossen. Der Vakuumunterbrecher wird in Übereinstimmung mit dem Auftreten eines Fehlers in der zu überwachenden Übertragungsleitung in eine offene Stellung gebracht, so daß die strombegrenzende Impedanz dann in die Hochleistungsübertragungsleitung hineingeschaltet ist.

Handelt es sich bei der Impedanz um einen LC-Resonanzkreis, dann ist die Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung ein normalerweise

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offener Vakuumunterbrecher, der parallel zu dem Kondensator des Resonanzkreises liegt. Der Vakuumunterbrecher wird beim Auftreten eines Fehlers in dem System geschlossen. Dadurch wird der Kondensator kurzgeschlossen und die Induktivität der Drosselspule wirkt für einen Strombegrenzungseffekt in der Übertragungsleitung. Zur Betätigung des Vakuumunterbrechers von einer offen zu einer geschlossenen Position oder umgekehrt in Abhängigkeit vom Auftreten eines Fehlers in der Übertragungsleitung kann jede Art von fehler- oder stromempfindlicher Vorrichtung verwendet werden. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise eine Natriumsicherung; jede Vorrichtung mit äquivalenten Eigenschaften kann ebenfalls benutzt werden. Diese bevorzugten Eigenschaften sind:

Die Vorrichtung soll in Abhängigkeit von einem definierten und vorbestimmten Maß von Strom oder Stromquadrat und Zeit tätig werden;

die Impedanz der Vorrichtung soll von einem relativ niedrigen Wert zu einem relativ hohen wechseln, wenn die Vorrichtung tätig wird;

die Vorrichtung soll eine mechanische Leistung erzeugen zur Betätigung des Nebenwegschalters für den Kondensator;

nach Erreichen des wahren Stromes ( wenn der Nebenwegschalter betätigt wurde) soll die Vorrichtung von selbst durch thermisches Abkühlen, Kontraktion oder allgemeine Änderung ihres Zustandes in den Ausgangszustand zurückkehren.

Natriumsicherungen besitzen diese oben aufgeführten Eigenschaften und können in dieser Kombination in der Erfindung verwendet werden. Entsprechend können auch Alkalimetalle, Quecksilber, Laugen und andere leitende Flüssigkeiten als leitendes Medium in der Sicherung verwendet werden.

Wenn für die Vorrichtung eine Natriumsicherung verwendet wird, dann ist diese Sicherung derart geschaltet, daß sie entweder den gesamten oder aber einen Teil des Leitungsstromes führt und

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bei ihrer Betätigung eineri Kolben ausstößt, der wiederum den Vakuumunterbrecher in seine entgegengesetzte Position bringt. Nach ihrer Betätigung kehren Natriumsicherungen automatisch wieder in den Ausgangszustand zurück. Der Vakuumunterbrecher möge ebenfalls nach seiner Betätigung und nachdem die Trennschalter in dem System die fehlerhaften Leitungen unterbrochen haben, automatisch wieder geschlossen oder geöffnet werden. Dadurch wird die Überstrombegrenzungseinrichtung für einen neuen Einsatz startbereit gemacht, ohne daß weitere Anstrengungen vom Wartungspersonal unternommen werden müssen.

Anhand der Zeichnung ist der Stand der Technik und die Erfindung in Ausführungsbeispielen beschrieben.

In Figur 1 ist ein Schaltdiagramm einer zum Stande der Technik gehörenden Uberstrombegrenzungseinrichtung dargestellt, die mit einer schematisch dargestellten elektrischen Hochleistungsuber— tragungsleitung zusammengeschaltet ist.

In Figur 2 ist in einem schematischen Diagramm eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei eine passende Sicherung, die empfindlich für den Überstrom ist, den Kurzschluß des Kondensators eines LC-Resonanzkreises verursacht.

Die Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der die Betätigung einer Sicherung das Einsetzen einer strombegrenzenden Impedanz in eine Hochleistungsübertragungsleitung in Abhängigkeit von den Überstrombedingungen bewirkt.

Figur 4 ist die ebene Ansichtsdarstellung eines geerdeten abgeschlossenen Gehäuses zur Aufnahme der Überstrombegrenzungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Ausführung des LC-Resonanzkreises.

Zunächst zur Figur 1, in der eine frühere Art von Uberstrombegrenzungs einrichtung für elektrische Hochleistungsübertragungsleitungen dargestellt ist, wobei eine Phase der Übertragungs-

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leitung schematisch dargestellt ist, die eine Quelle 20 sowie eine Last 21 enthält. Die Hochleistungsübertragungsleitung kann jede geforderte Stärke besitzen und beispielsweise für Leistungen von 15 kV bis 230 kV und darüber ausgelegt sein. Bei 230 kV möge der Leitungsstrom durch die Last 21 2000 A betragen und der Übertrom in der Größenordnung von 60 bis 70 kA liegen.

In der Absicht, das Anwachsen des Überstromes im Falle eines Fehlers in der Leitung zu begrenzen, ist es bekannt, eine Luftspule 22, die in Reihe mit einem Kondensator 23 geschaltet ist, in die Leitung einzubauen. Die Luftspule 22 und der Kondensator 23 sind ausgelegt für eine Reihenresonanzfrequenz, die der Netzfrequenz der Übertragungsleitung entspricht, so daß beispielsweise für 60 Hz die induktive Impedanz der Luftspule 22 gleich der kapazitiven Impedanz des Kondensators 23 ist. Deshalb beeinflußt im normalen Falle diese Kombination die Leisbungsübertragungsbedingungen in der Übertragungsleitung nicht. Eine sättigungsfähige Drosselspule 25 ist parallel zu dem Kondensator 23 geschaltet und zum Kalibrieren in Reihe mit einem Widerstand 26. Eine zweite sättigungsfähige Drosselspule 27 ist parallel zu dem Widerstand 26 geschaltet. Die Drosselspulen 25 und 27 sind so dimensioniert, daß sie beim Vorliegen normaler Strombedingungen in der übertragungsleitung durch die am Kondensator 23 anliegende Spannung ungesättigt sind. Tritt jedoch ein Überstrom in der Leitung auf, verbunden mit einem Ansteigen der Spannung am Kondensator 23 und entsteht dadurch eine ausreichende Anzahl von Voltsekunden, um die sättigungsfähigen Drosselspulen 25 und 27 in die Sättigung zu bringen, dann wird dadurch der Kondensator 23 kurzgeschlossen;" Mit dem Kurzschluß des Kondensat ors 23 erscheint nun die Induktivität der Luftspule 22 direkt in der Übertragungsleitung und übt eine strombegrenzende Wirkung auf das Ansteigen des Überstromes in dieser Übertragungsleitung aus. Ein konventioneller Leistungsschalter 29 ist vorgesehen, um ultimativ die Übertragungsleitung zu unterbrechen, wenn der Fehler langer als eine vorgesehene Zeit andauert.

Der Hauptnachteil der Schaltung gemäß Figur 1 ist, daß die sättigungsfähigen Drosselspulen 25 und 27 extrem groß werden und

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wirklich die Größe des Hauptleistungstransformators in dem System erreichen. Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit diese Ko.mponenten als selbständig zu montierende Komponenten hergestellt. Deshalb war die Luftspule 22, der Kondensator 23, die Drosselspulen 25 und 27 sowie der Widerstand 26 separat montiert und abgeschirmt und über externe Leitungen zusammengeschaltet.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine neue Einrichtung vorgeschlagen, in der die Funktion, wie sie in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, also das Einfügen einer strombegrenzenden Impedanz in Abhängigkeit von Überstrom, in einer neuen und billigen Weise durch die Benutzung relativ kleiner und käuflich erwerblicher Komponenten ausgeführt ist. Bezogen auf Figur 2 sind gleichen Teilen gleiche Nummern wie denen in Figur 1 zugeordnet.

Der Kurzschluß des Kondensators 23 in der Figur 2 wird durch einen Hochgeschwindigkeitskontaktschalter 30 bewerkstelligt, wobei dieser Schalter 30 in der Praxis ein konventioneller Vakuumunterbrecher sein kann. Der Schalter 30 ist normalerweise offen, so daß der Kondensator 30 in der Übertragungsleitung in Reihe mit der Luftspule 22 liegt, die in Resonanz mit dem Kondensator 23 bei der Netzfrequenz der übertragungsleitung ist.

Weiter ist ein brauchbarer Betätigungsmechanismus 31 vorgeschlagen, der den Vakuumunterbrecher 30 betätigt. Dieser Betätigungsmechanismus 31 wird von einer Spule 33 und einer Natriumsicherung 34 kontrolliert, wie anschließend näher beschrieben wird* Die Natriumsicherung 34 mag eine konventionelle, käuflich erwerbbare Typensicherung sein, die unter Grenzstrombedingungen einen niedrigen Impedanzwert hat und einen hohen Impedanzwert, wenn der Strom durch die Sicherung über eine bestimmte Zeitdauer einen bestimmten Wert übersteigt, was eine Verdampfung des leitenden Natriums in der Sicherung zur Folge hat. Die Sicherung ist mit einem einstellbaren Widerstand 35 in Reihe geschaltet.

Die Sicherung 34 ist weiterhin mit einem Kolben 36 versehen, der

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in irgendeiner gewünschten Weise, wie sie schematisch durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, mit dem Betätigungsmechanismus 31 verbunden ist. Der Kolben 36 wird durch die Betätigung der Sicherung ausgestoßen und mag automatisch zurückgeführt werden, wenn der Überstrom beseitigt ist. Der Betätigungsmechanismus 31 zum Vakuumunterbrecher 30 kann von jedem gewünschten Typ sein und soll eine konventionelle Klinke und Sperre für einen Federvorspannungsdruck enthalten, um die Kontakte des Vakuumunterbrechers unter hohem Druck zu schließen. Die Betätigung der Sicherung 34 treibt den Kolben 36 heraus, wodurch der Betätigungsmechanismus 31 entriegelt wird und das schnelle Schließen des Schalters 30 verursacht wird. Die Spule 33 überwacht die Strombedingungen in der Übertragungsleitung und ermöglicht das Wiederöffnen des Schalters 30, nachdem der Schalter 30 geschlossen war, wenn der Überstrom in der Übertragungsleitung beseitigt ist.

In der Ausgestaltung einer typischen Schaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann es sich um eine 69 kV Übertragungsleitung handeln mit einer normalen Strombemessung von 1200 A. Die Spule 22 ist eine Luftspule mit einer induktiven Impedanz in der Größenordnung von 1 0hm, der Kondensator 23 hat eine kapazitive Impedanz von ebenfalls 1 0hm. Der Kalibrierungswiderstand 35 hat einen Widerstand, der mehr als zehn mal größer als der kapazitive Widerstand des Kondensators 23 ist, also eine Größe von 10 bis 20 0hm. Die Sicherung 34 ist so ausgelegt, daß durch ihre Betätigung der durch die Übertragungsleitung des Systems fließende Überstrom um ungefähr 50% seines vollen Wertes reduziert wird, also von der Größe von 40 kA herunter auf 20 kA.

Es ist zu erwähnen, daß die oben beschriebene Einrichtung und die sich selbst erholende Leistungssicherung 34 von einem bestimmten Typ sind (vgl. Konferenzbereicht C 74177-2 des I.E.E.E. Switchgear Committee of the I.E.E.E. Power Engineering·Society which was presented at the I.E.E.E. Winter Show Meeting January to January 27, 1974).

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Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Figur 2 ist folgende:

Bei normalen Stromübertragungsbedingungen auf der Übertragungsleitung fließt durch die Sicherung 34 und den Kalibrierwiderstand 35 ein kleiner Strom und der Betätigungsmechanismus 31 hält den Schalter 30 in seiner normalen, also offenen Stellung. Daher sind sowohl die Luftspule 22 als auch der Kondensator 23 in die Übertragungsleitung geschaltet. Tritt nun ein Überstrom in der Übertragungsleitung auf, so steigt die Spannung am'Kondensator 23 bis zu einer solchen Größe, daß ein genügend großer Strom für eine bestimmte Zeit in der Größenordnung von 1 ms durch die Sicherung 34 fließt, um diese zu betätigen. Bei der Betätigung der Sicherung 34 wird der Kolben 36 ausgestoßen. Das verursacht das Wirksamwerden des Betätigungsmechanismus 31, der den Vakuumunterbrecher 30 schließt. Durch das Schließen des Vakuumunterbrechers 30 wird der Kondensator kurzgeschlossen, wodurch die gesamte Induktivität der Luftspule 22 in der Übertragungsleitung wirksam wird, wodurch wiederum die Größe des Stromanstieges in der Übertragungsleitung begrenzt und der durch diese Übertragungsleitung hindurchfließende Überstrom reduziert wird. Die Übertragungsleitung kann ultimativ durch einen konventionellen Trennschalter 29 geöffnet werden, wenn der Fehler nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit beseitigt ist. Ob der Überstrom beseitigt oder die Übertragungsleitung durch den Trennschalter 29 geöffnet ist, jedenfalls geht die Sicherung 34 durch Kondensation des Natriums innerhalb der Sicherung automatisch in ihren Ausgangszustand zurück und der Betätigungsmechanismus 31 öffnet wieder den Schalter 30. Wenn die Übertragungsleitung noch unter Spannung steht, so wird durch das Öffnen des Schalters 30 der Kurzschluß des Kondensat ors wieder aufgehoben und das System somit in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt, wodurch ,es, wenn notwendig, für eine weitere Uberstrombegrenzungs operation bereit ist.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung und verdeutlicht die Art, in der die Erfindung in Verbindung mit anderen Formen von Strombegrenzungseinrichtung benutzt werden kann. In

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der Figur 3 ist die strombegrenzende Impedanz, die in den Figuren 1 und 2 als Resonanzkreis 22, 23 dargestellt wurde, durch eine verallgemeinerte strombegrenzende Impedanz 50 ers&zt worden, die aus einem linearen oder nichtlinearen Widerstand oder aus einer Luftspule gebildet werden kann. Die Strombegrenzungsimpedanz 50 ist dann mit einem parallelgeschalteten Schalter 51 ausgestattet, der dem Vakuumunterbrecher 30 in Figur 2 entspricht und der Unterbrechungskapazität besitzt. Im Falle der Figur 3 ist der Schalter 51 normalerweise geschlossen, wodurch normalerweise die strombegrenzende Impedanz 50 kurzgeschlossen ist. Ferner soll der Schalter 51 in der Lage sein, eine hohe Bogenspannung zu erzeugen, um die Impedanz 50 in die Übertragungsleitungen schalten zu können. Der Betätigungsmechanismus 52 für den Schalter 51 ist im wesentlichen dem Betätigungsmechanismus 31 der Figur 2 ähnlich und wird durch einen ausgestoßenen Kolben oder etwas Entsprechendes der Sicherung 53 betätigt, wobei die Sicherung 53 im wesentlichen mit der Sicherung 34 der Figur 2 identisch ist. Die Sicherung 53 ist zu einer einzelnen Induktionsspule 54, die in Reihe in die Übertragungsleitung geschaltet ist, parallelgeschaltet.

In der Schaltung der Figur 3 ist der Anteil der induktiven Impedanz zum Widerstand der Natriumsicherung 53 extrem klein, während der Anteil des Widerstandes zur induktiven Impedanz der einzelnen Induktionsspule 54 sehr klein ist. Deshalb fließt unter normalen Strombedingungen der meiste Strom durch die einzelne Induktionsspule 54, wodurch ein bestimmter Spannungsabfall an dieser Spule auftritt. Diese Spannung liegt an der Sicherung 53· Übersteigt nun der Strom in der übertragungsleitung einen bestimmten Wert, -. so ist der Spannungsabfall an der Spule 54 und damit die Spannung an der Sicherung 53 ausreichend groß, um diese zu betätigen. Der dabei ausgestoßene Kolben betätigt den Betätigungsmechanismus 52 und verursacht damit das öffnen des Schalters 51« Dadurch wird die strombegrenzende Impedanz 50 in Reihe mit der Last 21 in die übertragungsleitung eingeschaltet, wodurch eine Begrenzung des maximalen Überstromes in der übertragungsleitung bewirkt wird. Egal, ob der überstrom verschwindet oder die Übertragungsleitung

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durch den Trennschalter 29 geöffnet wird, die Sicherung 53 erholt sich, wodurch der Betätigungsmechanismus 52 zurückgeht und der Schalter geschlossen wird. Die Impetanz 50 wird damit wieder kurzgeschlossen.

Die Figur 4 veranschaulicht ein geerdetes Gehäuse 60, das alle Komponenten der Überstrombegrenzungseinrichtung in sich enthält. Dieses Gehäuse ist damit eine einzige Komponente, die in eine bereits existierende oder neu zu verlegende Hochleistungsübertragungsleistung als Uberstrombegrenzungseinrichtung eingebaut werden kann. Das Gehäuse 60 kann, soweit es gewünscht wird, mit einem isolierenden Gas, wie beispielsweise SFg von einer oder mehreren Atmosphären Druck gefüllt sein. Das Gehäuse 60 hat am oberen Ende einen koachsialen Anschlußisolator 61, der unterteilte Anschlüsse 62 und 63 besitzt, die direkt mit einer Übertragungsleitung verbunden werden können. Die Gesamthöhe des Gehäuses für einen Einsatz in eine 69 kV-Übertragungsleitung meg ungefähr 4m' von der Erde bis zur Spitze des Isolators 61 betragen und der senkrechte Abstand der beiden Anschlüsse 62 und 63 voneinander möge ungefähr 30 cm betragen.

Die Komponenten der Überstrombegrenzungseinrichtung sind im Inneren des Gehäuses 60 vereinigt, wie es schematisch mit der Induktionsspule 22 in dem Kondensator 23» der Sicherung 34, dem Widerstand 35 und dem Vakuumunterbrecher 30 der Schaltung gemäß Figur 2 dargestellt ist. Ebenso gut ist es möglich, die Komponenten 50 bis 54 der Figur 3 im Inneren des Gehäuses 60 zu installieren, wenn die Schaltung gemäß Figur 3 anstelle der Schaltung gemäß Figur 2 verwendet werden soll.

Die Überstrombegrenzungseinrichtung gemäß der Erfindung ist als eine unabhängige Einheit ausgebildet, die an ein bestehendes Hochlelstungsübertragungssystem angeschlossen werden kann. Die Überstrombegrenzungseinrichtung besteht aus einer Reihenschaltung aus Drosselspule und Kondensator, deren Resonanzfrequenz mit der Netzfrequenz der Übertragungsleitung übereinstimmt, sowie einem normalerweise offenen Schalter parallel zum Kondensator. Eine

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Natriumsicherung, die mit einem Kalibrierwiderstand in Reihe geschaltet ist, ist parallel zu dem Schalter geschaltet und wird unter vorbestimmten Strombedingungen betätigt. Die Natriumsicherung stößt durch ihre Betätigung einen Kolben aus und dieser Kolben verursacht das Schließen des Schalters, was zu einem Kurzschluß des Kondensators und zu einem Wirksamwerden der strombegrenzenden Impedanz der Drosselspule in der Hochleistungsübertragungsleitung führt.

4 Figuren

10 Patentansprüche

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Claims

-14- 254662?

Patentansprüche

ί 1 .yÜberStrombegrenzungseinrichtung für elektrische Hochleistungsübertragungsleitungen, die mit einer strombegrenzenden Impedanz in Reihe geschaltet und mit einem Schalter versehen ist, durch dessen Betätigung diese strombegrenzende Impedanz.in die Übertragungsleitung hinein oder aus ihr herausgeschaltet werden kann, gekennzeichnet durch

eine schnelle, stromempfindliche Vorrichtung (34 , 53), die an die Hochleistungsübertragungsleitung angeschlossen ist und zumindest einen Teil des über diese Übertragungsleitung fließenden Stromes führt und die, wenn der über diese stromempfindliche Vorrichtung (34, 53)fließende Strom oder dessen Quadrat über eine vorbestimmte Zeit einen vorbestimmten Wert übersteigt, ein Ausgangsglied (36) betätigt und durch

eine Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung (30, 51) als Schalter sowie durch einen Betätigungsmechanismus (31> 52), der, ausgelöst durch das Ausgangsglied (36) der stromempfindlichen Vorrichtung (34, 53), die Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung (30, 51) in Abhängigkeit von der Stellung der stromempfindlichen Vorrichtung (34, 53) in eine offene oder in eine geschlossene Stellung überführt.
2. Überstrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r ch g e k e η η ζ e i ch η e t , daß die schnelle, stromempfindliche Vorrichtung (34, 53) eine Impedanz ist, die, wenn der über sie fließende Strom oder dessen Quadrat über eine vorbestimmte Zeit einen vorbestimmten Wert übersteigt, von einem Zustand mit niedrigem Impedanzwert zu einem mit hohem Impedanzwert überwechselt und dabei eine mechanische Leistung zum Betätigen des Ausgangsgliedes (36) erzeugt und nach der Beseitigung des Überstromes von selbst in den Ausgangszustand zurückkehrt.
3. ÜberStrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schnelle, stromempfindliche Vorrichtung (34, 53) eine Natriumsicherung mit einem Kolben als Ausgangsglied (36) vorgesehen ist, der beim Betätigen der Natriumsicherung ausgestoßen wird.

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4. Überströmt»egrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung (30, 51) ein Vakuumunterbrecher vorgesehen ist.
5. Überstrombegranzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzende Impedanz (50) aus einer Luftspule besteht, zu der die im normalen Fall geschlossene Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung parallel geschaltet ist.
6. Überstrombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzende Impedanz (50) aus einem ohm¹sehen Widerstand besteht, zu dem die im Normalfall geschlossene Hochgeschwindigkeitsschal tvorrichtung parallel geschaltet ist.
7. Überstrombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche

1 bis 4, d a d u -r cn gekenn.z. ei cn net, daß die strombegrenzende Impedanz aus einer Reihenschaltung einer Induktionsspule (22) und eines Kondensators (23) besteht, die in ihrer Resonanzfrequenz auf die Netzfrequenz der Übertragungsleitung abgestimmt ist und daß die zum Kondensator (23) prallel geschaltete Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung (30) im Normalfall geöffnet ist.
8. Überstrombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche

1 bis 4 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle, stromempfindliche Vorrichtung (34) parallel zum Kondensator (23) und in Reihe mit einem Kalibrierwiderstand (35) geschaltet ist.
9. Überstrombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzende Impedanz (22, 50), die stromempfindliche Vorrichtung (34, 53), die Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung (30, 51) sowie deren Betätigungsmechanismus (31, 52) in einem geerdeten, abgeschlossenen Gehäuse (60) angeordnet sind.

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10. Über Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 9» d a d u r ch g e k e η η ζ e i ch η e t, daß außerhalb des Gehäuses (60) zwei getrennte und isolierte Anschlüsse (62, 63) für eine Verbindung mit einer Hochleistungsübertragungsleitung vorgesehen sind und daß die strombegrenzende Impedanz (22) im Inneren des Gehäuses (60) in Reihe mit diesen Anschlüssen (62, 63) geschaltet ist.

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