DE4422265A1

DE4422265A1 - Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einem Netz

Info

Publication number: DE4422265A1
Application number: DE19944422265
Authority: DE
Inventors: Kadry Dr Ing Sadek; Marcos-Antonio Dipl In Pereira; Norbert Dipl Ing Christl; Peter Dipl Ing Luetzelberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-04
Also published as: AU2611195A; WO1996000458A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Begren zung eines Kurzschlußstromes in einem Netz.

In Stromübertragungs- und Verteilungsnetzen ist der Kurz schlußstrom in der Regel viel größer als der Laststrom. Häufig weist dieser Kurzschlußstrom einen Wert auf, der weit über 10 kA liegt. In starken Hochspannungsnetzen kann der Kurzschlußstrom sogar höher als 40 kA sein.

Die Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einem Netz oder Teilen dieses Netzes, beispielsweise Schaltanlagen, ist erstrebenswert, da dies zu einer geringen Beanspruchung der Schaltanlagen, insbesondere deren Leistungsschalter, führt. Die Leistungsschalter dieser Schaltanlage sind für die Unter brechung dieses Kurzschlußstromes ausgelegt. Eine Begrenzung des Kurzschlußstromes kann deshalb zur Reduzierung der Kosten der Schaltanlage beitragen. Der Einfluß des Kurzschlusses auf die anderen Teile des Netzes wird damit auch verringert, was einen zusätzlichen Vorteil darstellt.

Es passiert nicht selten, daß eine Schaltanlage, die für einen bestimmten Kurzschlußstrom ausgelegt wurde, nach eini gen Jahren erweitert werden muß, um neue Verbraucher zu versorgen, was eine Erhöhung des Kurzschlußstromes verur sacht. Falls dieser Wert den maximalen abschaltbaren Strom der Leistungsschalter in diesem Netz überschreitet, ist eine Begrenzung des Stromes unabdingbar, wenn nicht alle Lei stungsschalter dieses Netzes ersetzt werden sollen.

Zur Begrenzung des Kurzschlußstromes, ohne die Betriebsart der Anlage abzugrenzen, hat man bisher eine Drossel elek trisch in Reihe mit einem Zweig einer Schaltanlage geschal tet. Dadurch wird der Kurzschlußstrom begrenzt, jedoch hat die Einführung einer Drossel in einen Zweig einer Schaltan lage oder des Netzes den Nachteil, daß eine Erhöhung der Blindleistung im Normalbetrieb verursacht wird. Außerdem be einflußt die Drossel den Lastfluß, so daß die Lastverteilung in den Zweigen, die mit der Anlage verbunden sind, unter Um ständen ungünstig werden kann.

Aus der DE-Zeitschrift "etz", Band 115, 1994, Heft 9, Seiten 492 bis 494, ist ein Strom-Begrenzer bekannt, mit dem ein Kurzschlußstrom begrenzt wird. Der I_S-Begrenzer besteht aus einem extrem schnellen Schalter, der einen hohen Nennstrom führen kann, aber über ein geringes Schaltvermögen verfügt, und einer dazu parallel angeordneten Sicherung mit hohem Aus schaltvermögen. Der durch den I_S-Begrenzer fließende Strom wird in einer elektronischen Meß- und Auslöseeinrichtung überwacht. Diese Meß- und Auslöseeinrichtung weist mehrere Funktionsbaugruppen in einem schwenkbaren Rahmen und je Phase einen Auslöse-Stromwandler auf. Mit dieser Einrichtung werden Stromaugenblickswerte und Stromanstiegsgeschwindigkeiten ständig gemessen und ausgewertet. Ein derartiger I_S-Begrenzer kann in der Kupplung von Anlagen oder Teilanlagen eingesetzt werden, die bei Parallelschaltung über einen Leistungsschal ter nicht ausreichend kurzschlußfest wären. Bei einem Kurz schluß in der Anlage begrenzt der I_S-Begrenzer den Kurz schlußstrom im ersten Anstieg und trennt die Anlage in zwei Anlagenteile auf, bevor der Stromaugenblickswert einen unzu lässig hohen Wert erreicht. Im Normalbetrieb sind beide Teil anlagen über den I_S-Begrenzer gekuppelt. Außerdem kann ein derartiger I_S-Begrenzer auch zu einer Drosselspule parallel geschaltet werden. Dann löst bei einem Kurzschluß hinter der Drosselspule der I_S-Begrenzer aus und der Strom kommutiert im ersten Stromanstieg auf die parallelliegende Drosselspule. Derartige I_S-Begrenzer werden nur für Spannungswerte von 750 V bis 36 kV und Stromwerten von 1250 A bis 4500 A gefer tigt, wobei der maximale Spannungswert und der maximale Stromwert nicht von einem Begrenzer geführt werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes für höhere Be triebsströme und -spannungen in einem Netz anzugeben, ohne die unerwünschten zuvor genannten Wirkungen auf die Blindlei stung und auf die Lastverteilung im normalen Betrieb zu ver ursachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einem Netz aus einer Parallelschaltung eines Kondensators und einer Reihenschaltung, die aus wenigstens einer Drossel und einem Schalter besteht, und einer Steuerschaltung zur Generierung eines Steuersignals für diesen Schalter besteht, wobei der Kondensator elektrisch in Reihe mit einem Zweig des Netzes geschaltet ist und wobei der Steuerschaltung eingangsseitig Meßwerte einer Kondensatorspannung und eines Stromes zuge führt sind.

Diese Vorrichtung hat die Eigenschaft, daß sie zwei unter schiedliche Impedanzwerte aufweist, nämlich eine für den Normalbetrieb und eine für den Störbetrieb (Kurzschlußfall). Beide Impedanzwerte werden hauptsächlich durch die Auslegung des Kondensators und der zuschaltbaren Drossel festgelegt.

Während des normalen Betriebs der Schaltanlage wird die zuschaltbare Drossel gesperrt, wodurch sich ein Impedanzwert einstellt, der für den normalen Betrieb geeignet ist. Im Störbetrieb wird die zuschaltbare Drossel eingeschaltet, die eine Änderung des Wertes der Impedanz der Anlage bewirkt, so daß der Kurzschlußstrom in der Schaltanlage, insbesondere im Leistungsschalter, auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird.

Mittels der Steuerschaltung, der eingangsseitig Meßwerte einer Kondensatorspannung eines Kondensators der Vorrichtung und eines Stromes, insbesondere eines Zweigstromes, in der die Vorrichtung eingefügt ist, zugeführt sind, werden der Nor malbetrieb und der Störbetrieb des Netzes bzw. der Schaltan lage ermittelt. Die Kondensatorspannung wird bei der Ermitt lung des Störbetriebs und der Strom wird bei der Ermittlung des Normalbetriebs der Anlage verwendet. In Abhängigkeit des ermittelten Betriebes wird ein Steuersignal erzeugt, mit dem die Schalthandlung (Ein/Aus) des Schalters gesteuert wird.

Mittels dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einem Netz wird im Störungsfall (Kurzschlußfall) der Kurzschlußstrom auf einen vorbestimmten Wert begrenzt, da der resultierende Wert der Impedanz der Vorrichtung induktiv ist. Dagegen ist der resultierende Wert der Impedanz dieser Vorrichtung so ausgelegt, daß er für den Normalbetrieb geeignet ist, ohne daß sich die Blindleistung erhöht oder der Lastfluß in unerwünschter Art beeinflußt wird.

Somit erhält man mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit, Kurzschlußströme in beliebigen Netzen durch die Bemessung der beiden komplexen Widerstände der erfindungsge mäßen Vorrichtung individuell zu begrenzen, wobei weitere Netzanforderungen, wie beispielsweise Unsymmetrie, Sicherheit und Teilkompensation mitberücksichtigt werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine weitere Drossel elektrisch in Reihe mit der Parallelschaltung geschaltet. Durch diese weitere Drossel erhält man für die Abstimmung der Vorrichtung auf ein belie biges Netz einen weiteren Freiheitsgrad, wodurch die Berück sichtigung von Netzanforderungen im Normalbetrieb viel besser umgesetzt werden können, ohne daß sich dies nachteilig auf die Begrenzung des Kurzschlußstromes im Störbetrieb auswirkt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist ein Widerstand elektrisch in Reihe oder parallel mit der zuschaltbaren Drossel geschaltet. Durch diesen Widerstand werden Schwingungen gedämpft, die beim Zuschalten der schaltbaren Drossel - Schwingstrom zwischen der Drossel und dem Kondensator - entstehen. Als Widerstand kann ein fester oder ein nichtlinearer Widerstand verwendet werden. Es ist auch eine Kombination eines festen mit einem nichtlinearen Widerstand möglich.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist parallel zur Reihenschaltung wenigstens eine weitere Reihenschaltung, bestehend aus einer Drossel und einem Schalter, geschaltet. Dadurch wird der begrenzte Kurzschlußstrom auf mehrere parallele Reihenschal tungen aufgeteilt, so daß jeweils die Strombelastung der Schalter geringer ist, wodurch preiswerte elektronische Schalter verwendet werden können. Außerdem verringert sich die Baugröße der Drossel, wodurch sich ebenfalls die Baugröße der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringert. Somit kann man mit mehreren parallelen Reihenschaltungen eine Vorrichtung aufbauen, mit der ein Kurzschlußstrom auf einen höheren Wert begrenzt werden kann, ohne daß die Kosten drastisch anstei gen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlußstro mes in einem Netz schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Schaltanlage, die

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung in einer Versor gungsleitung einer Schaltanlage, die

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung in einer Verbin dungsleitung zweier Schaltanlagen, die

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung in einer Verbin dungsleitung zweier Schaltanlagen, in der

Fig. 5 bzw. 7 ist in einem Diagramm über der Zeit t der Stromverlauf im Leistungsschalter bzw. in der Versorgungsleitung der Fig. 2 ohne Begren zung dargestellt, wobei in der

Fig. 6 bzw. 8 der Stromverlauf im Leistungsschalter bzw. in der Verbindungsleitung der Fig. 2 mit Begrenzung in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt ist, die

Fig. 9 veranschaulicht in einem Diagramm über der Zeit t den Stromverlauf im Schalter der er findungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 und in

Fig. 10 ist in einem Diagramm über der Zeit t der Verlauf der Kondensatorspannung des Kondensa tors der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung 2 zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einer Schaltanlage 4. Die Vorrichtung 2 ist innerhalb einer Sammelschiene 6 der Schaltanlage 4 angeordnet, so daß die Schaltanlage 4 in zwei Teile 8 und 10 geteilt ist. Im Schaltanlagenteil 8 wird der Strom I, der über eine Leitung 12, einen Transformator 14 und einen Leistungsschalter 16 von einer nicht dargestellten Energiequelle geführt wird, auf mehrere Leitungen 18, die jeweils mittels eines Leistungs schalters 20 an die Sammelschiene 6 angeschlossen sind, verteilt. Der Schaltanlagenteil 10 ist identisch zu dem Schaltanlagenteil 8 aufgebaut.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 besteht aus einem Konden sator C_S, dem eine Reihenschaltung 22 parallel geschaltet ist, einer Drossel L_S und einer Steuerschaltung 24. Der Kondensator C_S und die Drossel L_S sind elektrisch in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung ist wiederum elektrisch in Reihe mit der Sammelschiene 6 der Schaltanlage 4 geschaltet. Die zum Kondensator C_S parallel geschaltete Reihenschaltung 22 besteht aus einer Drossel L_P, die aus zwei Teilen besteht, und einem Schalter 26. Als Schalter 26 kann eine Funkenstrec ke oder ein elektrischer Schalter verwendet werden. Als elek trischer Schalter 26 wird vorzugsweise ein Thyristorschalter verwendet, der beispielsweise aus zwei antiparallel geschal teten Thyristoren bzw. abschaltbaren Thyristoren, sogenannten Gate-Turn-Off-(GTO-)Thyristoren, besteht. In Abhängigkeit der Kondensatorspannung U_C und des durch die schaltbare Drossel L_P fließenden Stromes I_PK kann jeder Thyristor bzw. abschalt bare Thyristor des elektrischen Schalters 26 aus mehreren in Reihe und parallel geschalteten Thyristoren bzw. abschaltba ren Thyristoren bestehen. Außerdem weist jeder Thyristor bzw. abschaltbarer Thyristor eine Schutzbeschaltung und eine aus einer Zündbaugruppe und einer Elektronikbaugruppe bestehende Thyristorelektronik auf, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellt sind. Derartige Thyristormodule wer den beispielsweise bei statischen Blindstromkompensatoren eingesetzt und sind beispielsweise im Aufsatz "Stromrichter für statische Blindstromkompensatoren", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "siemens-Energietechnik", Band 3, 1981, Heft 11-12, Seiten 353-357, dargestellt und beschrieben.

Außerdem sind Meßwandler vorhanden, die einerseits den Strom I_K in der Sammelschiene 6 und andererseits die Kondensator spannung U_C des Kondensators C_S ermitteln und jeweils der Steuerschaltung 24 zuführen.

Im Normalbetrieb ist der hier als Thyristorventil darge stellte Schalter 26 im offenen Zustand. Die Impedanz der Vorrichtung 2 ist dann gleich der Impedanz der Drossel L_S plus der Impedanz des Kondensators C_S. Diese beiden Impedan zen werden so ausgelegt, daß die resultierende Impedanz für den Normalbetrieb geeignet ist.

Im Störungsfall, wenn beispielsweise an der Stelle X ein Kurzschluß auftritt, wird infolge des Anstieges der Konden satorspannung U_C dieser Störfall erkannt und infolge eines generierten Steuersignals der Schalter 26 geschlossen, wo durch die Drossel L_P elektrisch parallel zum Kondensator C_S geschaltet ist. Dadurch ändert sich die Impedanz der Vorrich tung 2 dahingehend, daß nun die resultierende Impedanz gleich der Impedanz der Drossel L_S plus der Impedanz der Parallel schaltung des Kondensators C_S und der Drossel L_P ist. Durch die Auslegung dieser Komponenten C_S, L_S und L_P der Vorrich tung 2 wird festgelegt, daß die resultierende Impedanz im induktiven Bereich liegt. Wie groß der Wert dieser resultie renden Impedanz sein wird, hängt von der Höhe der gewünschten Begrenzung des Kurzschlußstromes I_K ab. Durch die Begrenzung des Kurzschlußstrom I_K in der Sammelschiene 6 wird der Strom durch den Leistungsschalter 20 des Schaltanlagenteils 10 an der Stelle X unter einem vorgebbaren Wert gehalten, der so vorbestimmt ist, daß dieser Leistungsschalter 20 den begrenz ten Kurzschlußstrom I_K unterbrechen kann.

Wäre die Vorrichtung 2 nicht vorhanden, dann würde sich der Kurzschlußstrom I_K durch diesen Leistungsschalter 20 des Schaltanlagenteils 10 an der Stelle X als Summe der vorhande nen Kurzschlußleistungen im Falle eines Kurzschlusses am Ort X ergeben, der die Stromabschaltfähigkeit dieses Leistungs schalters 20 übersteigen würde. Ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 müßte der Leistungsschalter 20 durch einen stärkeren Leistungsschalter ersetzt werden.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung 2, die in einer Versorgungsleitung 28 einer Schaltanlage A angeordnet ist. Bei dieser Ausführungs form konnte auf die Drossel L_S verzichtet werden, da die Impedanz der Drossel L_S durch die Impedanz der Verbindungs leitung 28 ersetzt wird. Außerdem ist bei dieser Ausführungs form die zuschaltbare Drossel L_P nicht in zwei Teildrosseln unterteilt. Ferner ist ein Widerstand R_P elektrisch in Reihe mit der zuschaltbaren Drossel L_P geschaltet. Mittels dieses Widerstandes R_P werden die Schwingungen, die wegen des Ener gieaustausches zwischen dem Kondensator C_S und der Drossel L_P auftreten, gedämpft. Wegen der Übersichtlichkeit sind die Steuerschaltung 24 und die zugehörigen Meßwertaufnehmer für Leitungsstrom und Kondensatorspannung nicht näher darge stellt.

Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Schalter 26 mittels der Steuerschaltung 24 im Normalbetrieb offenge halten, und die Impedanz der Vorrichtung 2 ist gleich der Impedanz des Kondensators C_S. Der Kondensator C_S wird so gewählt, daß seine Impedanz für den Normalbetrieb der Schalt anlage A abgestimmt ist.

Wenn ein Kurzschluß an der mit X gekennzeichneten Stelle der Schaltanlage A auftritt, so wird dieser Störbetrieb von der nicht näher dargestellten Steuerschaltung 24 erkannt und ein Steuersignal generiert, wodurch der Schalter 26 geschlossen wird. Dadurch ändert sich die Impedanz der Vorrichtung 2 derart, daß die resultierende Impedanz im induktiven Bereich liegt und dessen Wert so vorbestimmt ist, daß der Kurzschluß strom durch den Leistungsschalter 20 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt ist bzw. der Beitrag der Versorgungsleitung 28 mit einer Energiequelle zum Kurzschlußstrom begrenzt ist. Ein zahlenmäßiges Anwendungsbeispiel betreffend die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform folgt später.

Die Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung 2, die in einer Verbindungsleitung 30 zweier Schaltanlagen A und B angeordnet ist. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die zuschaltbare Drossel L_P nicht in zwei Teildrosseln unterteilt. Außerdem ist ein Widerstand R_P vorgesehen, der im Gegensatz zur Ausführungs form nach Fig. 2 elektrisch parallel zur Drossel L_P geschal tet ist. Als Widerstand R_P wird auch im Gegensatz zur Ausfüh rungsform nach Fig. 2 ein nicht linearer Widerstand, bei spielsweise ein Metalloxid-Varistor verwendet, wodurch sich die Aufgabe des Widerstandes R_P nicht ändert.

Die Schaltanlage A, die von den Leitungen Line A und Line B versorgt wird, muß nach erhöhtem Energieverbrauch mit einer stärkeren Schaltanlage B durch eine Verbindungsleitung 30, die beim Ausführungsbeispiel 2 km lang ist, verbunden werden, um den zusätzlichen Strombedarf zu decken. Die Schaltanlage A hat eine Kurzschlußleistung von 4,4 GVA, wobei die Schaltan lage B eine Kurzschlußleistung von 6,9 GVA hat. Durch die Schaltanlage B erhöht sich die Kurzschlußleistung wesentlich, so daß sich im Kurzschlußfall auch ein wesentlich höherer Kurzschlußstrom einstellen wird. Damit dieser wesentlich höhere Kurzschlußstrom die Leistungsschalter in der Schaltan lage A nicht zerstört, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 in der Verbindungsleitung 30 angeordnet, um den Strom im Störbetrieb in der Verbindungsleitung 30 bzw. in dem Lei stungsschalter 20 der Schaltanlage A zu begrenzen. Auch zu diesem Ausführungsbeispiel wird später noch ein Zahlenbei spiel angegeben.

Die Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung 2, die ebenfalls in einer Verbindungslei tung 30 zweier Schaltanlagen A und B angeordnet ist. Bei die ser Ausführungsform ist gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die zuschaltbare Drossel L_P nicht in zwei Teildros seln unterteilt. Außerdem ist eine weitere Reihenschaltung 32 elektrisch parallel zur Reihenschaltung 22 geschaltet. Diese Reihenschaltung 32 enthält ebenfalls einen Schalter 26 und eine Drossel L_P. Ferner ist ein Widerstand R_P vorgesehen, der im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 aus einer Reihenschaltung eines festen Widerstandes und eines nichtli nearen Widerstandes, beispielsweise einem Metalloxid-Vari stor, besteht und der elektrisch parallel zu den parallelge schalteten Reihenschaltungen 22 und 32 geschaltet ist. Der so aufgebaute Widerstand R_P wird verwendet, um die Kondensator spannung im Kurzschlußfall vor der Zuschaltung des Schalters 26 zu begrenzen, so daß der Schwingungsstrom zwischen den Drosseln L_P und dem Kondensator C_S einen bestimmten Wert nach der Zuschaltung des Schalters 26 nicht überschreitet und da mit schneller bedämpft wird. Durch die Verwendung von mehre ren parallelgeschalteten Reihenschaltungen 22 und 32 teilt sich der Kurzschlußstrom auf diese parallelen Zweige 22 und 32 auf. Somit kann man entweder besonders preiswerte Thyri storen als Schalter 26 einsetzen oder hohe, begrenzte Kurz schlußströme mit einem vertretbaren Aufwand beherrschen.

Außerdem zeigt diese Darstellung einige Einzelheiten der Steuerschaltung 24. Diese Steuerschaltung 24 weist eingangs seitig eine Einrichtung 34 zur Erfassung eines Störbetriebs und eine Einrichtung 36 zur Erfassung eines Normalbetriebs auf. Ausgangsseitig hat die Steuerschaltung 24 eine Steuer einrichtung 38, an deren Ausgang ein Steuersignal für den Schalter 26 ansteht. Diese Steuereinrichtung 38 ist eingangs seitig mit den Ausgängen der Einrichtung 34 und 36 verknüpft. Die Einrichtung 36 zur Erfassung eines Normalbetriebs ist eingangsseitig mit dem Ausgang eines Meßwertaufnehmers 40 verbunden, der in der Verbindungsleitung 30 angeordnet ist. Der Einrichtung 34 zur Erfassung des Störbetriebes werden eingangsseitig Meßwerte der Spannung des Kondensators C_S zugeführt.

Die Einrichtungen 34 und 36 weisen beispielsweise jeweils einen Grenzwertgeber und eine Komparatorschaltung auf, die jeweils eingangsseitig mit dem Grenzwertgeber und dem Eingang der Einrichtung 34 bzw. 36 verknüpft sind. Die Komparator schaltung vergleicht den zugeführten Meßwert mit einem vorbe stimmten Grenzwert und generiert ein Signal bei Überschrei tung bzw. Unterschreitung. Sobald die gemessene Kondensator spannung U_C einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, aktiviert das generierte Signal S in der Steuereinrichtung 38 die Generierung eines Steuersignals, wodurch der Schalter 26 geschlossen und der anstehende Kurzschlußstrom auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Sobald ein nicht näher dargestelltes Schutzsystem den Kurzschlußstrom durch den Lei stungsschalter 20 löscht, wird der Strom in der Verbindungs leitung 30 wieder einen normalen Wert aufweisen. Dies wird von der Einrichtung 36 erfaßt, d. h., der Meßwert des Stromes unterscheidet einen vorgegebenen Grenzwert, so daß das gene rierte Signal R der Einrichtung 36 die Steuereinrichtung 38 deaktiviert, so daß kein Steuersignal mehr generiert wird. Dadurch wird der Schalter 26 geöffnet, so daß die Vorrichtung 2 wieder den Impedanzwert für den Normalbetrieb aufweist.

Anhand der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 2 wird jeweils ein Zahlenbeispiel angegeben, das zeigen soll, wie die Dimensionierung der komplexen Wider stände C_S, L_S und L_P vorgenommen wird. Dazu werden einige Formeln benötigt, die im folgenden angegeben werden. Diese Formeln beziehen sich auf den Effektivwert der Ströme und gelten für den stationären Zustand. Der ohmsche Widerstand der Leitungen bzw. des Netzes wird hier vernachlässigt. Wenn nicht anders erwähnt, sind alle Reaktanzen auf der Netzfre quenz f_n bezogen.

Die folgenden Abkürzungen werden benutzt:
X_N Reaktanz der Vorrichtung im normalen Betrieb (ohne Begrenzung)
X_K Reaktanz der Vorrichtung während des Kurzschlusses (zur Strombegrenzung)
X_CS Reaktanz des Kondensators
X_LS Reaktanz der gesamten Reiheninduktivität, einschließlich des Netzes
X_LC Reaktanz der Parallelschaltung von X_CS und X_P
X_P Reaktanz der geschalteten Drossel
f_n Netzfrequenz
f_P Resonanzfrequenz der Parallelschaltung C_S und L_P (f_p < f_n)
F Frequenzfaktor
a Kompensationsgrad
k Begrenzungsfaktor
I_KS Kurzschlußstrom in der Leitung/Zweig, ohne Begrenzung
I_K Kurzschlußstrom in der Leitung/Zweig nach der Begrenzung
I_CK Strom durch den Kondensator während des Kurzschlusses
I_PK Strom durch die schaltbare Drossel während des Kurz schlusses.

Andere Parameter werden im folgenden definiert/erläutert:

X_N = X_LS - X_CS

a = X_CS/X_LS

k = I_KS/I_K

Aus den oben gegebenen Definitionen ergeben sich die folgen den Formeln:

Die Formel (1) benutzt man vorzugsweise, wenn eine Reihenin duktivität X_LS schon vorhanden ist, beispielsweise eine Leitung 28 bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Man gibt dann den gewünschten Kompensationsgrad a und den Begrenzungs faktor k an. Die Formel (1) liefert die Reaktanz X_P der zu schaltbaren Drossel L_P, wobei sich die Reaktanz X_CS des Kon densators C_S direkt aus dem gewünschten Kompensationsgrad a ergibt (X_CS = a · X_LS).

Die Formel (2) ermöglicht die Berechnung der Reaktanz X_CS des Kondensators C_S aus der gewünschten Reaktanz X_K der Anordnung während des Kurzschlusses und der Reaktanz X_N für den Normal betrieb, indem man die Resonanzfrequenz f_P der Parallelschal tung der zuschaltbaren Drossel L_P und des Kondensators C_S bzw. den Frequenzfaktor F schon im voraus wählt. Diese Fre quenz f_P wird auch als Entladungsfrequenz bezeichnet. Die Reaktanz X_P der zuschaltbaren Drossel L_P ergibt sich dann aus der Formel (1).

1. Anwendungsbeispiel (Fig. 2)

Eine neue Leitung 28 wird mit einer 230 kV, 50 Hz Schaltan lage A verbunden. Die Leitung 28 hat eine Reihenreaktanz von 6,6 Ω und verursacht eine zusätzliche Kurzschlußleistung von 4 GVA in der Schaltanlage A, was einem Strom von 10 kA ent spricht. Damit das Abschaltungsvermögen der Leistungsschalter 20 nicht überschritten wird, muß dieser Strom auf 5 kA be grenzt werden. Außerdem will man 40% der Leitungsinduktivität kompensieren.

Auslegung

Aus der Angabe der Kurzschlußleistung erfolgt:

Die Reaktanz X_CS des Kondensators C_S ist:

X_CS = 6,6[Ω] · 0,4 = 2,64Ω

Der Kompensationsgrad a wird:

Der Begrenzungsfaktor ist:

k = 10 [kA]/5[kA] = 2

Aus der Formel (1) ergibt sich:

Der Strom I_PK (Fig. 9) in der schaltbaren Drossel L_P wird mit der Formel (4) berechnet:

Der Strom I_CK in dem Kondensator C_S während des Kurzschlusses wird mit der Formel (3) ermittelt:

Die Kondensatorspannung U_CK (Fig. 10) ist dann:

U_CK = 25[kA] ·2,64[Ω] = 66kV.

Der Scheitelwert der Kondensatorspannung U_C bei 5 kA vor der Begrenzung ist:

Die Steuerung des Schalters 26 wird für die Spannung U_C eingestellt, so daß Zündung der Thyristoren erfolgt, wenn diese Spannung erreicht wird. Der Strom I_CK durch den Kondensator C_S ist in diesem Beispiel höher als der Kurzschlußstrom I_K (Fig. 7 ohne Begrenzung; Fig. 8 mit Begrenzung) in der Leitung 28.

Ein Dämpfungswiderstand R_P wird in Reihen mit der schaltbaren Drossel L_P gesetzt. Er wird nach der Studie des Transientvor gangs ausgelegt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils den in einem Diagramm über der Zeit t den Stromverlauf im Leistungsschalter 20 an der Stelle X der Schaltanlage A gemäß Fig. 2 ohne und mit Be grenzung. Die Zeitverläufe von Strom und Spannung in diesem Anwendungsfall, die in den Fig. 5 bis 10 jeweils darge stellt sind, zeigen jeweils den dynamischen Fall, wohingegen sich die angegebenen Formeln auf den Effektivwert der Ströme beziehen und für den stationären Zustand gelten.

2. Anwendungsbeispiel (Fig. 3)

Eine 230 kV, 60 Hz Schaltanlage A, die eine Kurzschlußlei stung von 4,4 GVA hat, wird mit einer Schaltanlage B, welche die Kurzschlußleistung von 6,9 GVA aufweist, verbunden. Die Verbindung erfolgt durch eine 2 km lange Leitung 30 mit einer Impedanz von 0,8 Ω. Eine Vorrichtung der dargestellten Art wird in die Verbindungsleitung 30 eingefügt, um den Kurzschlußstrom in der Schaltanlage A zu begrenzen. Dieser darf nicht höher als 30 kA sein. Außerdem soll ein Faktor von 1/1,2 wegen Unsymmetrie und ein Sicherheitsfaktor von 0,9 mitberücksichtigt werden.

Die Lastverteilung soll von der eingefügten Anordnung nicht beeinflußt werden.

Auslegung

Der Kurzschlußstrom durch die Verbindungsleitung 30 muß auf I_K begrenzt werden. Dieser Kurzschlußstrom ergibt sich aus dem gesamten Kurzschlußstrom im Punkt X minus dem Beitrag der Anlage A. Dieser Wert wird aus den Angaben berechnet als:

Die entsprechende Kurzschlußimpedanz ist

Die Verbindungsleitung 30 ohne Strombegrenzung stellt an der Schaltanlage A eine Quelle mit der Impedanz Z_KK von

Während eines Kurzschlusses an der Schaltanlage A soll die eingefügte Anordnung die folgende Reaktanz X_K aufweisen:

X_K = 11,5 - 8,5 = 3,0 Ω

Da die Vorrichtung 2 keinen Einfluß auf die Lastverteilung haben darf, soll ihre Reaktanz im normalen Betrieb Null sein.
Dadurch:

X_N = 0

Die Entladungsfrequenz f_P wird aus vorheriger Erfahrung als 125 Hz gewählt. Der Frequenzfaktor F ist dann:

Die Reaktanz X_CS des Kondensators C_S wird mit der Formel (2) ermittelt:

Die Reaktanz X_LS der in Reihe eingefügten Drossel L_S ist

X_LS = X_CS + X_N = 2,3 [Ω] + 0 = 2,3 Ω

Die Reaktanz X_P der schaltbaren Drossel L_P wird nach der Formel (6) berechnet:

Der Strom I_PK durch die schaltbare Drossel L_P wird von der Formel (4) gegeben:

Der Strom I_CK durch den Kondensator C_S während des Kurz schlusses nach der Formel (3) ist

Die Kondensatorspannung U_CK ist dann

U_CK = 3,4[kA] · 2,3 [Ω] = 7,8 kV

Die Steuerung des Schalters 26 wird für diese Kondensator spannung U_CK eingestellt, so daß die Zündung der Thyristoren erfolgt, wenn diese Spannung erreicht wird. Im Gegensatz zum Beispiel 1 ist der Strom I_CK in dem Kondensator C_S in diesem Beispiel niedriger als der Kurzschlußstrom I_K.

Ein Zinkoxid-Ableiter wird parallel zur Anordnung geschaltet. Dieser wird nach der Studie des Transientvorgangs ausgelegt.

Diese beiden Zahlenbeispiele zeigen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 jeweils individuell für jeden Fall bemessen werden kann, wobei weitere Netzbedingungen mitberücksichtigt werden können. Die Hauptaufgabe dieser Vorrichtung 2, nämlich einen Kurzschlußstrom im Netz oder dessen Teile zu begrenzen, wird immer erfüllt, ohne dabei im Normalbetrieb die Blindlei stung zu erhöhen bzw. Einfluß auf den Lastfluß zu nehmen. Außerdem kann man die Vorrichtung immer kostengünstig aufbau en.

Claims

1. Vorrichtung (2) zur Begrenzung eines Kurzschlußstromes in einem Netz, bestehend aus einer Parallelschaltung eines Kondensators (C_S) und einer Reihenschaltung (22), die aus wenigstens einer Drossel (L_P) und einem Schalter (26) be steht, und einer Steuerschaltung (24) zur Generierung eines Steuersignals für diesen Schalter (26), wobei der Kondensator (C_S) elektrisch in Reihe mit einem Zweig des Netzes geschal tet ist und wobei der Steuerschaltung (24) eingangsseitig Meßwerte einer Kondensatorspannung (U_CK) und eines Stromes (I_K, I_PK, I_CK) zugeführt sind.

2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei eine weitere Drossel (L_S) elektrisch in Reihe mit der Parallelschaltung geschaltet ist.

3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei ein Widerstand (R_P) elektrisch in Reihe mit der zuschaltbaren Drossel (L_P) geschaltet ist.

4. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei ein Widerstand (R_P) elektrisch parallel zur zuschaltbaren Drossel (L_P) geschaltet ist.

5. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei elektrisch pa rallel zur Reihenschaltung (22) wenigstens eine weitere Reihenschaltung (32), bestehend aus einer Drossel (L_P) und einem Schalter (26), geschaltet ist.

6. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschal tung (24) eingangsseitig eine Einrichtung (34) zur Erfassung eines Störbetriebs und eine Einrichtung (36) zur Erfassung eines Normalbetriebs und ausgangsseitig eine Steuereinrich tung (38) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (38) ein gangsseitig mit den Ausgängen der beiden Einrichtungen (34, 36) verknüpft ist.