DE968624C

DE968624C - Schutzeinrichtung in Mehrphasennetzen mit Kurzschlussfortschaltung

Info

Publication number: DE968624C
Application number: DEA21419A
Authority: DE
Inventors: Nils Knudsen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1953-11-09
Filing date: 1954-10-28
Publication date: 1958-03-13
Also published as: US2824978A; CH326736A; FR1144121A

Description

AUSGEGEBEN AM 13. MÄEZ 1958

INTERNAT. KLASSE H02d

A 2141p VIII b j 21 c

Die Einrichtung betrifft Mehrphasenwechselstromnetze mit geerdetem Nullpunkt, in denen Kurzschlußfortschaltung zur Beseitigung vorübergehender Erdschlüsse verwendet wird. Um soweit wie möglich die Stabilität der Kraftübertragung zwischen zwei Erzeugergruppen sicherzustellen, ist vorgeschlagen worden, daß die Kurzschlußfortschaltung, d. h. Auslösung mit darauffolgender Wiedereinschaltung, so wenige Phasen wie möglich umfassen soll. Bei einem einphasigen Erdschluß soll z. B. nur die fehlerhafte Phase kurzzeitig abgeschaltet werden, während die fehlerfreien Phasen eingeschaltet bleiben und an der Kraftübertragung teilnehmen sollen. Jedoch hat es sich gezeigt, daß der Lichtbogen zwischen der fehlerhaften Phase und Erde bei einphasiger Kurzschlußfortschaltung nicht immer während des spannungslosen Zeitintervalls erlischt, da er von den fehlerfreien spannungsführenden Phasen gespeist wird. Als Mittel hiergegen ist vorgeschlagen worden, die fehlerhafte Phase während des spannungslosen Zeitintervalls zu ao erden, so daß die fehlerhafte abgeschaltete Phase Erdpotential erhält, wobei der Lichtbogen erlöschen sollte. Abgesehen davon, daß eine solche Erdungseinrichtung .teuer ist, stellt sie auch eine unerwünschte

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Komplikation mit Hinsicht darauf dar, daß die Erdungseinrichtung bewegliche Teile enthält, die in gewisser Zeitfolge in bezug auf die Hauptleistungsschalter im Wechselstromnetz arbeiten müssen. Die Erfindung beseitigt die genannten Nachteile dadurch, daß Spulen auf der Leitungsseite der Leitungsschalter angeordnet werden, welche Spulen so ausgeführt sind, daß ihre Induktivität die Leitungskapazität zwischen Phase und Phase sowie zwischen ίο Phase und Erde in solchem Ausmaß kompensieren, daß ein zwischen der fehlerhaften Phase und Erde gebildeter, durch Kopplung von den fehlerfreien Phasen gespeister Lichtbogen erlöschen kann.

Fig. ι gibt einen Überblick über die mit der Theorie zusammenhängenden Fragen und zeigt eine bestimmte Ausführungsform für die kompensierende Spuleneinrichtung. Fig. 2 und 3 zeigen andere Ausführungsformen der genannten Spuleneinrichtung.

In Fig. ι bezeichnet ι eine Drehstromleitung mit den Phasen R, S und T. Die Leitung wird in ihrem unteren Ende von dem Leistungsschalter 2 mit seinen Polen 2 R, 2 S und 2 T begrenzt. Die Antriebseinrichtungen der Schalterpole sind so ausgeführt, daß jeder Pol für sich betätigt werden kann. In Fig. ι sind die Pole 2 R und 2 S geschlossen, während 2 T mit Rücksicht darauf geöffnet dargestellt ist, daß angenommen wird, daß ein Erdschluß im Punkt 5 in der Phase T aufgetreten ist. In gleicher Weise wird die Leitung in ihrem oberen Ende vom Schalter 3 mit seinen Polen 3 R, 3S und 3 T begrenzt, von denen der letztgenannte offen gezeichnet ist. Die Leitung wird von . einer Drehstromquelle 4 gespeist, deren Nullpunkt geerdet ist. Wie gezeigt, sind die verschiedenen Phasen einer Leitung sowohl kapazitiv als auch induktiv

miteinander gekoppelt. Der Einfachheit halber ist angenommen, daß die kapazitive Kopplung in den beiden Endpunkten der Leitung konzentriert ist. Unter Rücksichtnahme auf Korrektionsglieder bezeichnet C₁ die sterngeschaltete Kapazität Phase-Phase der halben Leitung, je Phase gerechnet. C₁ ist gleich 3C₇₁, wenn C_h die in Dreieck geschaltete Kapazität zwischen den Phasen R und S, S und T bzw. T und R darstellt. In der abgeschalteten Phase wird durch die kapazitive Spannungsteilung zwischen einer fehlerfreien Phase, der fehlerhaften Phase und Erde eine Spannung erzeugt. Diese treibt einen kapazitiven Strom von der Stromquelle 4 über Erde, die Fehlerstelle 5, die Phasenkapazität C₁ nach den fehlerfreien Phasen und zurück nach 4 und speist dadurch den Lichtbogen. Dieser Strom ist im wesentlichen proportional der Leitungslänge. In der Mitte der Leitung ist schematisch auch die durch die Gegeninduktivität der Phasen gebildete magnetische "Kopplung zwischen den Phasen angedeutet. Diese ist mit M bezeichnet.

Diese magnetische Kopplung hat zur Folge, daß der in einer fehlerfreien Phase fließende Strom eine Spannung in einer anderen Phase induziert, auch wenn diese, wie es in der Phase T der Fall ist, in beiden Endpunkten abgeschaltet ist. Diese magnetisch in der Phase Γ induzierte Spannung treibt in einem Netz ohne Leitungsspule einen Strom über die Fehlerstelle 5, Erde und die Erdkapazität C₂ der abgeschalteten Phase. Auch dieser Strom unterhält den Lichtbogen in der Fehlerstelle und erschwert seine Löschung. Der Strom ist im wesentlichen proportional dem Quadrat der Leitungslänge. Eine Voraussetzung dafür, daß der Lichtbogen in der Fehlerstelle während des spannungslosen Intervalls der Kurzschlußfortschaltung erlischt, ist, daß der Strom in der Fehlerstelle nicht zu groß ist. Um den kapazitiv induzierten Strom herabzusetzen, wird gemäß der Erfindung die Kapazität C₁ zwischen den Phasen kompensiert. Dies geschieht am einfachsten mit Hilfe von zwischen den Phasen in Dreieck oder Stern eingeschalteten Spulen. Die erforderliche Spulenleistung wird in einer Spulengruppe konzentriert, die in jedem behebigen Punkt der Leitung angeordnet werden kann oder die auf mehrere, in verschiedenen Punkten der Leitung angebrachte Gruppen verteilt werden kann. Wesentlich ist jedoch, daß die Spulen auf der Leitungsseite der Leitungsschalter angebracht werden. Würden sie nämlich, wie es mit für andere Zwecke^ bestimmten Spulen der Fall zu sein pflegt, in den Stationen auf der Stationsseite der Leistungsschalter angeordnet werden, würden sie von der Leitung abgetrennt sein, wenn ein oder mehrere Schalterpole geöffnet haben. Um den induktiv induzierten Strom herabzusetzen, wird gemäß der Erfindung auch die Kapazität C₂ zwischen den Phasen und Erde kompensiert. Diese Kompensierung wird hauptsächlich bei langen Leitungen angewandt und geschieht mit Hilfe von Spulengruppen, die in jedem Endpunkt der Leitung auf der Leitungsseite der Leitungsschalter angebracht werden. Durch die Einschaltung der Spulengruppen erhöht sich dje resultierende Impedanz zwischen Phase und Erde/und der Strom wird wesentlich herabgesetzt, der von der in der abgeschalteten Phase induzierten Spannung getrieben wird und der sich über Erde und Fehlerstelle schließt. Für beide Arten von Kompensierung gilt, daß sie in einem solchen Ausmaß vorgenommen wird, daß ein zwischen einer fehlerhaften Phase und Erde gebildeter Lichtbogen erlöschen kann. Das bedeutet, daß der Kompensierungsgrad für jede dieser Arten kleiner als 100 °/₀ sein kann. Der Kompensationsgrad für die Herabsetzung des induktiv induzierten Stromes kann auch, besonders bei kurzen Leitungen, Null werden.

Die hier beschriebene Kompensierung der Leitungskapazitäten mit Hilfe von Spulen führt auch Vorteile bei der Ein- und Abschaltung langer Leitungen .mit sich. Die Überspannungen, die bei Ein- oder Abschaltung leerlaufender Leitungen bzw. bei der Abschaltung erdschlußbehafteter Leitungen auftreten, werden wesentlich reduziert, wenn Leitungsspulen der beschriebenen Art angeordnet werden.

Die Kompensierung der Kapazitäten C₁ und C₂ erfolgt zweckmäßig in für beide Aufgaben gemeinsamen Spulengruppen. Diese werden dann auf der Leitungsseite der Leistungsschalter in beiden Endpunkten der z. B. in Fig'. 1 gezeigten Leitung angeordnet. Άη und für sich ist für ein Drehstromsystem eine aus sechs Spulen bestehende Gruppe denkbar, von denen drei für die Kompensierung der Kapazität zwischen den Phasen C₁ oder C_n und drei für die Kompensierung der Erdkapazität C₂ bestimmt

sind. Gemäß der Erfindung kann man jedoch die Anzahl der Spulen in verschiedener Weise herabsetzen, wobei die Teilinduktivitäten der Spulengruppe so miteinander gekoppelt sind, daß die NuUreaktanz der Gruppe größer ist als ihre Mitfeldreaktanz. Die Kopplung zwischen den Teilinduktivitäten kann, wie für die Spulengruppe in Fig. ι gezeigt, galvanisch sein. Sie kann jedoch außerdem induktiv, sein, wie es durch Beispiele in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist.

Unter der Mitfeldreaktanz eines Mehrphasensystems wird, wie bekannt, die Reaktanz verstanden, die gegenüber einer symmetrischen Mehrphasenspannung (mit üblicher Phasenfolge) auftritt. Unter NuUreaktanz wiederum wird die Reaktanz je Phase gerechnet verstanden, die gegenüber einer (einphasigen) Spannung zwischen Erde und den (parallel geschalteten) Phasen auftritt. Der kapazitive Mitfeldblindwiderstand der Leitung ist demnach der Widerstand für die parallel geschalteten Kapazitäten C₁ und C₂, und die Mitfeldreaktanz der Spulengruppe muß, um vollständige Kompensierung zu erhalten, sein

ω L+ =

coC+ O)(C₁-I-C₂)

Für die in Fig. 1 gezeigte Spulengruppe besteht die Mitfeldinduktivität je Phase aus der Induktivität I₁. Deshalb gilt die Bemessungsformel

ω L₁ —

ω (C₁ + C₂)

Die Erdkapazität der Leitung, je Phase gerechnet, wird ihrerseits von der NuUinduktivität der Spulengruppe nachgebildet. Die NuUinduktivität in Fig. 1 erhält man durch Reihenschaltung der Teilinduktivitäten L₁ und I₂ unter Rücksichtnahme auf ihre galvanische Kopplung. Da die Summe der Reaktanzen je Phase für L₁ und L₂ · 3 gleich der NuU-

kapazität der Phase der Leitung, —■=-, sein soU, wird

0) O2

bei vollständiger Kompensierung bemessen

ω Io =

C₁ ι

3 C₂ α) (C₁ + C₂) ·

Die Eigenschaft der Spulengruppen in Fig. 1, durch Kopplung zwischen den Teilinduktivitäten eine NuUreaktanz zu bilden, die größer als die Mitfeldreaktanz der Gruppe ist, erhält man auch bei anderen Ausführungsformen, von denen die Fig. 2 und 3 zwei Beispiele zeigen. In der Fig. 2 besteht die Spulengruppe aus drei" je mit einer Sekundärwicklung versehenen Spulen. Die Hauptwicklung der Spule ist mit L₅ bezeichnet, die Sekundärwicklung mit L₆. Die Sekundärwicklungen sind paraUel geschaltet. Bei Mitfeldströmen zwischen den Phasen können in den Sekundärwicklungen Ausgleichsströme fließen, wodurch die gegenüber der symmetrischen Drehstromspannung auftretende Reaktanz verhältnismäßig klein ist. Bei NuUstrom werden die Wicklungen L₅ dagegen von Strömen in gleicher Richtung durchflossen; dies bedeutet, daß die in den Sekundärwicklungen erzeugten Spannungen gegeneinander gerichtet sind und das Zirkuüeren eines Sekundärstromes verhindern. Hieraus geht hervor, daß die Wicklung L₅ für NuU-ströme eine verhältnismäßig große Induktivität darsteUt. Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel einer Spulengruppe, bei der die Teüinduktivitäten magnetisch miteinander gekoppelt sind. Jede Spule besteht aus zwei Wicklungen, die in der Fig. 3 mit L₃ bzw. I₄ bezeichnet sind. Ströme, die von der symmetrischen Mehrphasenspannung getrieben werden, durchfließen die Wicklungen I₃ und I₄ mehr oder weniger in entgegengesetzter Richtung, so daß die gesamte Induktivität der Wicklungen kleiner wird als die von I₃ aUein. Der NuUstrom, der bei Erdschluß fließt, durchfließt dagegen die Wicklung I₄ in gleicher Richtung wie die Wicklung I₃, so daß ihre Felder zusammenwirken und die gesamte Induktivität größer wird als die von I₃ aUein. Bei teüweiser Kompensierung werden die Spuleninduktivitäten größer, als es dem Kapazitätswert der Leitung entspricht. Bei kürzeren Leitungen, bei denen der induzierte Strom klein im Vergleich zu dem kapazitiv übertragenen ist, mächt man die NuUinduktivität der Gruppe zweckmäßig unendlich groß. Das bedeutet, daß die Spulengruppe einen einfacheren Aufbau erhält und nicht mit Erde verbunden wird.

Leitungsspulen der hier behandelten Art soUen vor aUem wirksam sein, wenn ein Fehler in der Leitung auftritt und ein Kurzschlußfortschaltverlauf eingeleitet wird. Weiterhin haben die Spulen eine Aufgabe zu erfüUen, wenn die Leitung schwach belastet ist oder leerläuft. Ist die Leitung dagegen fehlerfrei und normal belastet, kann es wünschenswert sein, daß die Kompensierungsspulen ganz oder teilweise unwirksam sind. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden daher die Spulen in der Weise gesteuert, daß sie hauptsächUch wirksam sind, wenn die Leitung schwach belastet oder fehlerbehaftet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Spulen an die Leitung über Schalter angeschlossen werden, die in Abhängigkeit von dem Leitungszustand betätigt werden. Diese Schalter brauchen nicht für die Kurz-Schlußleistung der Leitung, sondern nur mit Rücksicht auf den Nennstrom der Spulengruppe bemessen zu werden. Alternativ kann man die Spule mit besonderen Steuerwicklungen versehen, die ihr Hauptfeld in der Weise beeinflussen, daß die. Feldliniendichte in Abhängigkeit vom Leitungszustand geändert wird. Auf diese Weise kann die wirksame Induktivität der" Spule so geändert werden, daß die Kompensierung der Leitungskapazität hauptsächlich bei den genannten Betriebsverhältnissen geschieht, während die von der Spule verbrauchte BUndleistung bei stark belasteter Leitung wesentlich geringer wird.

Claims

Patentansprüche.-

i. Einrichtung in Mehrphasennetzen mit ge- lao erdetem NuUpunkt, die mit Kurzschlußfortschaltung der Schalter in fehlerhaften Phasen ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen auf der Leitungsseite der Schalter angeordnet und so ausgeführt sind,'daß ihre Induktivitäten die Kapazität der Leitung zwischen den Phasen und

ihre Kapazität zwischen Phasen undErde in solchem Ausmaße kompensieren, daß ein zwischen einer fehlerhaften Phase und Erde gebildeter, durch Kopplung von den fehlerfreien Phasen gespeister Lichtbogen erlöschen kann.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen zu Gruppen zusammengefaßt sind, deren Teüinduktivitäten miteinander in solcher Weise gekoppelt sind, daß die Nullreaktanz einer Spulengruppe größer ist als ihre Mitfeldreaktanz.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulengruppe aus Spulen, die an die Phasen angeschlossen und zu einem Nullpunkt zusammengeführt sind, sowie aus einer Spule zusammengesetzt ist, die zwischen diesem Nullpunkt und Erde angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulengruppe aus Spulen besteht, die an die Phasen angeschlossen und zu einem geerdeten Nullpunkt zusammengeführt sind, wobei die Spulen mit Sekundärwicklungen versehen sind, die miteinander verbunden sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulengruppe aus Spulen, besteht, die an die Phasen angeschlossen und zu einem geerdeten Nullpunkt zusammengeführt sind, wobei jede Spule mit mindestens zwei Wicklungen versehen ist, deren Induktivitäten bei Nullströmen zusammenwirken und bei Mitfeidströmen einander entgegenwirken.
6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullreaktanz einer Spulengruppe praktisch unendlich groß ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Organe, die die Spulen hauptsächlich wirksam machen, wenn die Leitung fehlerbehaftet, schwach belastet oder unbelastet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen an die Leitung über Schalter angeschlossen sind, die in Abhängigkeit vom Leitungszustand gesteuert werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe die magnetische Feldliniendichte der Spulen in Abhängigkeit vom Leitungszustand ändern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 304823, 327332, 375096, 39^I23O, 474297, 546362, 573206;
USA.-Patentschrift Nr. 2 012 181.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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