DE2710625A1

DE2710625A1 - Kurzschlusschutzeinrichtung fuer bordnetze grosser leistung

Info

Publication number: DE2710625A1
Application number: DE19772710625
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Droste; Klaus Dipl Ing Kranert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1978-09-14
Also published as: NL182186C; DE2710625B2; NL182186B; SE430451B; NL7802304A; SE7802580L; DE2710625C3

Description

Hierin ist eine Kurzschlußschutzschaltung gezeigt, die es ermöglicht, den Leistungsbereich eines Niederspannungsbord-
netzes zu erweitern, ohne auf die vorerwähnten Anlagenkonzepte auslfeichen zu miissen. In der Sammelschiene ist ein Stromtransformator mit sekundärem ohmschen Widerstand und elektronischem Schnellschalter als Überbrückungsschalter vorgesehen. Im normalen Betrieb arbeitet der Stromtransformator ohne Last mit minimalen Leerlaufverlusten; die Transformatorsekundärseite ist über den elektronischen Schalter kurzgeschlossen. Der Spannungsfall im Netz, also vor und hinter dem Stromtransformator ist sehr gering, der Wirkwiderstand des Transformators ist klein.
Im Kurzschlußfall - bei Erreichen eines einstellbaren Wandlerstromes - wird der elektronische Schnellschalter im sec-Bereich gelöscht und dadurch der Widerstand als Belastung in den Sekundärkreis geschaltet. Durch Einkoppeln der ohmschen Belastung in den Sekundärkreis wird der Wirkwiderstand des Transformators groß und es entsteht primärseitig ein hoher Spannungsabfall, der den zum Kurzschlußpunkt fließenden Strom je nach Auslegung auf nahezu Nennstrom begrenzt. Da dieser begrenzte Strom durch Einkoppeln der ohmschen Belastung nahezu Wirkstrom ist, wird der Kurzschlußstrom in der gestörten Sammeischiene nicht oder kaum mehr erhöht.
Da jedoch erst nach ca. 500msec der Transformator sekundärseitig wieder kurzgeschlossen wird, sind die Polradwinkel der Generatoren des gestörten Sammelschienensystems und die Polradwinkel der Generatoren des ungestörten Sammelschienensystems soweit auseinandergelaufen, daß die Aufnahme des Synchronbetriebes nach Abschalten des Kurzschlusses nicht möglich ist. Die Sammelschienen müssen nach Abbau des Kurzschlußstromes vor Zünden des sekundären Schnellschalters durch Auslösen eines Sammelschienentrennschalters voneinander abgekoppelt bleiben.
In Landnetzen ist es an sich bekannt, zur Begrenzung von Kurzschlußströmen Drosselspulen entweder in den Verbraucherahzweigungen, als Gruppenreaktanzen in Zuleitungen oder bei großen Kurzschlußleistungen in den Sammelschienen mi.t Ube-bnjckungsschaltern vorzusehen. Derartige Anordnungen sind im "Handbuch für Planung, Konstruktion und Montage von Schaltanlagen" von A.Hoppner der Firma BBC, 3. Auflage 1964 Seite 338 ff insbesondere Seite 341 beschrieben.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anlage der vorbeschriebenen Art derart zu verbessern, daß die Grenzleistungen der Schaltgeräte nicht überschritten werden und ein synchroner Weiterlauf der Generatoren gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruches l aufgegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der besondere Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die gestörte Generatorgruppe nach Kurzschlußabschaltung sofort wieder synchronen Betrieb mit der ungestörten Generatorgruppe aufnimmt. Ein Abschalten des gestörten Systems durch Auftrennen der Sammelschienen und eine erforderliche synchronisierung erübrigt sich.
Die Stromtransformatoren werden baulich erheblich verkleinert, so daß sie raumsparend und wirtschaftlich eingesetzt werden können und trotzdem optimalen Kurzschlußschutz gewährleisten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.
Eine VersorgungsanlAge soll aus zwei oder mehreren Versorgungssystemen bestehen, die im Parallelbetrieb gefahren werden. Im Ausführungsbeispiel sind drei Systeme Svl his Sy 3 dargestellt. Die Systeme sind gleich aufgebaut, so daß nur das erste System beschrieben wird Zwei Generatoren G1.1 und G1.2 speisen auf die Sammelschiene Bl, von welcher mittels Abgangspfeilen darge stellte Verbraucher V 1 versorgt werden, unter anderem auch große induktive Verbraucher wie beispielsweise Asvnchronmotoren. Das Versorgungssystem Syl ist aiif eine Leistung unterhalb der Grenzleistung ausgelegt, derart, daß das Nennausschaltvermögen der Leistungsschalter S1.1/Sl.2/Sl.3 nicht iiberschritten wird.
Die Sammelschiene B1 ist über den Kuppelschalter S1.3, dem der Stromtransformator Ti in Reihe geschaltet ist, mit der Sammelschiene B2 verbunden. Diese ist wiederum über den Kuppelschalter S2.3, dem der Stromtransformator T2 in Reihe liegt, mit der Sammelschiene B3 zusammengeschaltet. Die Versorgungssysteme arbeiten parallel. Die Zu- und Abschaltung von Stromerzeugern und -Verbrauchern im Normalbetrieb ist gewahrleistet.
Die beiden Kurzschlußschutzeinrichtungen Kl und K2 sind ebenfalls gleich aufgebaut, so daß nur die Kurzschlußschutzeinrichtung K1 näher erläutert wird. In den Sammelschienen ist die Primärwicklung des Stromtransformators T1 angeordnet. Die Sekundärwicklung ist mit einer Drehstrombrückenschaltung ni verbunden. Der Sekundärstrom, um das Untersetzungsverhältnis kleiner als der Primärstrom, wird mittels des Brückengleichrichters ni in Gleichstrom umgewandelt und einem elektronischen Schnellschalter Si zugeführt. Parallel zu dem Schalter Sl sind die Teilwiderstände Rl.2 angeordnet. Die Anode des Schalters St ist mit der Anode eines Thyristors Thl verbunden, dessen Kathode auf den Teilabgriff Al der Widerstände geführt ist.
Im Gleichstromkreis wird mittels eines Gleichstromwandlers W1 der Stromwert erfaßt und einer Überwachungseinrichtung Ü zugeführt. Der erfaßt s Stro wert entspricht dem in der Primärseite der Kurzschlußschutzeinrichtung fließenden Strom.
d. h. der ermittelte Signalwert ist dem Strom in den Sammelschienen proportional Ausgegangen wird vom ungestörten Parallel-Lauf der Versorgungssysteme Syl und Sy2; das System Sy3 soll mittels Schalter S2.3 abgekuppelt sein. Uher die Sammelschienen Bi und B2 werden von den Generatoren G1.1, 1.2, G2.1 und G2 .2 die Verbraucher V1 und V2 versorgt.
In der Kurzschlußschutzeinrichtung K1 ist der elektronische Schalter S1 gezündet und iiberhriickt die Teilwiderstände R1.1 und Ri.2. Der Thvristor Thy1 ist gelöscht. Der Stromtransformator T1 arheitet ohne Last, der Spannungsfall vor und hinter dem Transformator ist geringfügig.
Der Stromtransformator T1 wurde aus W4rtschaft] ichlceitserwägungen leistungsmäßig so gering als möglich ausgelegt.
Es ist aber gewährleistet, flaR unter Ausnutzung der Sättigung die Summe des Kurzschlußstromes det gestörten Systemgruppe und des Stromes iiber den gesättigten Transformator Tl unterhalb des Wertes des Grenzkurzschlußstromes der gestörten Systemgruppe bleibt.
Im Versorgungssystem Syl möge - wie eingezeichnet - ein Verbraucherkurzschluß eintreten. Dann fließen nicht nur innerhalb des gestörten Systems Sy1 hohe Ausgleichsströme, sondern auch vom ungestörten System Sy2 würden ohne die Kurzschlußschutzeinrichtung K1 hohe Ausgleichsströme in Richtung Kurzschlußstelle fließen. Durch dies zusätzliche Belastung wäre das thermische und mechanische Vermögen des gestörten Systems Syl weit überschritten, so daß es zur Zerstörung käme.
Mit der Schutzschaltung wird aber bei auftretendem Kurzschluß und bei Erreichen eines eingestellten Grenzwertes in der Überwachungseinrichtung U ein Löschsignal ausgegeben für den elektronischen Schalter S1 und dadurch die ohmschen Teilwiderstande Rl.1 und R1.2 eingekoppelt. Durch Finkoppeln dieses Wirqiderstandes entsteht am Stromtransformator T1 ein hoher Spannungsfall, der den iiher den Transformator fließenden Strom so weit begrenzt, daß die Summe der Kurzschlußströme, bestehend aus dem Strom des gestörten Systems Sy1 und dem über den Transformator T1 fließenden Strom unterhalb Grenzstrom bleibt. Hiermit hlniht das gestörte System vor zusätzlichen Ausgleichsströmen vom ungestörten System her während des subtransienten Vorganges nahezu bewahrt.
Ein Kurzschluß verursacht große elektrische und mechanische Belastungsstöße. Diese werden für die Generatoren, die den Kurzschluß direkt speisen, höher sein als die Belastung stöße, die über die eingekoppelten Wirkwiderstände bedämpft werden. Daher werden sich die Lastwinkel der direkt am kurzschlußhehafteten Svstem Syl laufenden Generatoren mehr vergrößern als die Lastwinkel der am ungestörten System laufenden Generatorgruppen. Da jedoch die Lage der Lastwinkel relativ zueinander für den synchronen Weiterlauf nach Kurzschlußabschaltung von Bedeutung ist, muß ein gleichmäßige Beaufschlagung der Generatoren gewahrleisten, daß die Lastwinkel der am Kurzschlußablauf beteiligten Stromerzeuger während der Ausgleichsvorgänge nicht auseinanerlaufen und damit ein synchroner Weiterlauf gefährdet ist.
Um diesen Betriebszustand zu verhindern, gibt die Überwachungseinrichtung mittels eines Zeitwerkes ein Signal aus, so daß nach Abklingen der subtransienten Vorgänge und nach Abklingen der von den motorischen Verbrauchern zusätzlich gelieferten Ströme die ohmschen Widerstände ausgekoppelt werden.
Die Dimensionierung der ohmschen Widerstände gewährleistet, daß die Momentbelastung der direkt auf den Kurzschluß speisenden Generatoren annähernd gleich der Momentbelastung der Generatoren ist, die über die eingekoppelten ohmschen Widerstände den Kurzschluß speisen.
Als weitere Möglichkeit ist vorgesehen, daß zur weiteren Bedampfung während der transienten Vorgänge zunächst nur ein Teilwiderstand ausgekoppelt wird. Das vom Zeitwerk aus-egebene Signal wird dem Thyristor Thy1 als Zündsignal zugeführt, so dan nur der Teilwiderstand R1. 1 in Reihe mit dem Thyristor Ethyl im Kreis verbleibt. Dabei ist wegen der angeführten Belastungsgleichheit auch hier wieder auf die Dimensionierung der ohmschen Widerstände geachtet.
Bevor durch Ziinden des elektronischen Schalters S1 die Teilwiderstände, bzw. der im Kreis verbliebene Teilwiderstand, überbriickt werden, so daß svnchroner Betrieb aufgenommen werden kann, muß zuvor zeitabhängig der Stromgrenzwert vorübergehend erhöht werden oder aher der Stromgrenzwertgeber gesperrt werden.
Da es durch größere relative Abweichungen der Lastwinkel voneinander auch zu größeren Ausgleichsvorgängen zwischen den Systemen Syl und Sv2 kommen kann, ist während dieser Ausgleichsvorgänge bis 7.um Intrittfallen der Generatoren ein Abschaltsignal vom Stromgrenzwertgeber her nicht erwünscht.
Zeitabhängig wird der Stromgrenzwert wieder freigegeben.
Sind bis dahin die Generatoren nicht in Tritt gefallen, weil durch etwaige unvorhergesehene Einflüsse, z. B. an der Antriebsmaschine oder im Erregerkreis, die relative Lage der Lastwinkel zueinander einen synchronen Weiterlauf nicht zuläßt, werden die anstehenden Strompendelungen vom Grenzwertgeber erfaßt und bei Erreichen des Stromgrenzwertes wird der elektronische Schalter Sl gelöscht. Beide Teilwiderstände Rl.1 und R1.2 bedämpfen solange die Ausgleichsvorgänge.
bis die Überwachungseinrichtung mittels eines stromproportio nalen Signales meldet, daß die Ausgleichsvorgänge soweit abgeklungen sind, daß ohne Gefahr für Anlagenteile eine Trennung der pendelnden Generatorgruppen mittels eines Sammeischienenkuppelschaters S1.3 erfolgen kann.
Wie bereits angedeutet, ist es natürlich möglich, mehrere Versorgungssysteme oder auch Verbrauchergruppen bei erheblicher Erweiterung des Leistungsbereiches mittels der Kurzschlußschutzeinrichtung zu koppeln. Dabei werden dann die Kurzschlußschutzeinrlchtungen derart angesteuert, daß eine selektive Überbrückung der ohmschen Widerstände, vom Kurzschlußpunkt weg, erfolgen kann. Diese Maßnahme würde auch bei erheblich erweiterten Leistungsbereichen einen synchronen Weiterlauf der Versorgungssysteme gewährleisten.

Claims

"Kurzschlußschutzeinrichtung für Bordnetze großer Leistung" Patentansprüche 1. Kurzschlußschutzeinrichtung für ein Bordnetz großer Leistung, hei dem mehrere zu Gruppen zusammengefaßt.

Generatoren auf eine Sammelschiene arbeiten, in die zwischen den Gruppen ein Stromtransformator mit seiner Primärwicklung eingebaut ist, in dessen Sekundärkreis ein Thvristorschalter mit paralleiem Widerstand ange ordnet :ist und an der Verbraucher angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter beim Überschreiten eines Grenzstromes die ohmschen Widerstände in den Kreis einschaltet und zeit gesteuert nach Abklingen des subtransienten Vorganges und der von dPn motorischen Verbrauchern gelieferten Strömen die ohmschen Widerstände ganz oder teilweise iiberbrückt.
2. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der ohmschen Widerstände, daß die Drehmomentenbelastung der Generatoren, die den Kurzschluß direkt speisen, annahernd gleich ist der Drehmomentenbelastung der Generatoren, die über die ohmschen Widerstände den Kurzschluß speisen.
3. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Einschaltbedingung die Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzstromes in den ohmschen Widerstanden vorgesehen ist.
4. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromtransformator spannungsmäßig so minimiert wird, daß unter Ausnutzung der Sättigung die Summe des Kurzschlußstromes der gestörten Gruppe und des Kurzschlußstromes über den Stromtransformator unterhalb des Wertes des Grenzkurzschlußstromes bleibt (Ik1 + Ik2 < Ik grenz
5. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Überwachungseinrichtung im Gleichstromlreis der Transformator~ sekundärseite den Primarstrom erfaßt und bei Erreichen eines eingestellten Stromgrenzwertes ein Signal zum Löschen des elektronischen Schalters gibt.
6. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überbriicken des ohmschen Widerstandes durch Zünden des elektronischen Schalters der Stromgrenzwert vorübergehend in Abhängigkeit von einem Zeitsignal erhöht wird.
7. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überbrücken des ohmschen Widerstandes durch Zünden des elektronischen Schalters der Stromgrenzwertgeber vorübergehend in Abhängigkeit von einem Zeitsignal gesperrt wird.
8. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kurzschluß und nach Ziinden des elektronischen Schalters auftretende Strompendelungen von der Überwachungseinrichtung erfaßt werden, hei Erreichen des Grenzwertes und nach Ablauf eine9 Ein signales das Löschsignal für den elektronischen Schalter freigegeben und der ohmsche Widerstand zur Strombedämpfung eingekoppelt wird.
9. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Strombedämpfung die Überwachungseinrichtung ein dem abgeklungenen Stromwert proportionales Signal zur Abtrennung der @endelnden Generatorgruppen ausgibt.
10. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gleichstromkreis vorgesehene ohmsche Widerstand aus einer Reibenschaltung zweier Teilwiderstände besteht, daß der elektronische Schalter die Teilwiderstände überbrückt und daß ein Thyristor vorgesehen ist, der einen Teil der T0il widerstände überbrückt.
11. Kurzschlußschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, den nach Abklingen des subtransienten Vorganges der el.ektronische Schalter gelöscht bleibt, während der Thyristor gezündet und mit einem der Teilwiderstände in Reihe geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft eine Kurzschlußschutzeinrichtung nach dem Oherbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Schutzeinrichtung ist aus dem AEG-Sonderdruck V 21.8 1003/0974 "Thyristor-Schnellschalter großer Leistung" von P. Angermaier und K. Kranert bekannt. Auf den Seiten 6 und 7 ist die Schutzschaltung beschrieben und in Bild 10 schematisch dargestellt.