NO121134B - - Google Patents

Description

Beskyttelsesanordning for <g>eriekonden<g>atorbatteri på kraftlinje. Protection device for <g>eriecondenser<g>ator battery on power line.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for kombinert gnistgaps- og ba-lansebeskyttelse for seriekondensatorbatte-rier i elektriske kraftledninger. The present invention relates to a device for combined spark gap and balance protection for series capacitor batteries in electric power lines.

Ett seriekondensatorbatteri i en elek-trisk kraftledning er normalt forsynt med et parallellkoblet gnistgap, som har til oppgave å begrense overspenningene ved unormale linjestrømmer, forårsaket av kortslutning eller jordfeil på linjen. I alminnelighet ønskes det dessuten å få rede på feil i en del av kondensatorbatteriet, in-nen feilen når å bre seg, og batteriet er derfor som regel oppbygget symmetrisk slik at en feil i en enhet kan påvises ved indi-kering av en inntredende usymmetri. A series capacitor bank in an electric power line is normally provided with a parallel-connected spark gap, which has the task of limiting the overvoltages in the event of abnormal line currents, caused by a short circuit or earth fault on the line. In general, it is also desired to find out about faults in a part of the capacitor battery, before the fault spreads, and the battery is therefore usually structured symmetrically so that a fault in a unit can be detected by indicating an incoming asymmetry .

En beskyttelsesanordning for et slikt kondensatorbatteri inneholder dels organer som påvirkes ved overslag i gnistgapet, og dels organer som påvirkes av ikke ønskede usymmetrier i kondensatorbatteriet. De første organer kan eksempelvis bevirke en kortslutning av gnistgapet slik at dette ikke overbelastes, mens det annet organ blant annet kan varsle overvåkningspersonalet om en begynnende feil i kondensatoren og eventuelt også koble batteriet bort fra led-ningen. A protection device for such a capacitor battery contains partly organs that are affected by flashover in the spark gap, and partly organs that are affected by unwanted asymmetries in the capacitor battery. The first organs can, for example, cause a short-circuit of the spark gap so that it is not overloaded, while the second organ can, among other things, notify the monitoring staff of an incipient fault in the capacitor and possibly also disconnect the battery from the line.

En anordning av den type som er skis-sert ovenfor har hittil omfattet to transformatorer som er tilsluttet hver sin del av anordningen. Den ene transformator har herunder vært en strømtransformator med primærviklingen i serie med gnistgapet, mens den annen har vært en strøm- eller spenningstransformator, som er tilsluttet kondensatorbatteriet på en sådan måte at det bare oppstår sekundærstrøm eller -spenning ved en ikke ønsket usymmetri. En sådan anordning blir imidlertid meget kostbar, da begge transformatorer må iso-leres for hele spenningen mellom ledning og jord. A device of the type outlined above has so far included two transformers which are connected to each part of the device. One transformer has thus been a current transformer with the primary winding in series with the spark gap, while the other has been a current or voltage transformer, which is connected to the capacitor bank in such a way that secondary current or voltage only occurs in the event of an unwanted asymmetry. However, such a device becomes very expensive, as both transformers must be insulated for the entire voltage between wire and ground.

I henhold til oppfinnelsen kan prisen nedsettes betraktelig ved at den ene transformator blir overflødig eller kan erstattes According to the invention, the price can be reduced considerably by making one transformer redundant or replaceable

av en transformator som er isolert for bare noen prosent av ledningsspenningen. Det særegne ved oppfinnelsen er at feilsignal utløses av strømmen i en sekundærvikling på en strømtransformator, som pri-mært er påvirket av såvel strømmen gjennom gnistgapet som en strøm som tilsvarer en usymmetri i kondensatorbatteriet. of a transformer that is isolated for only a few percent of the line voltage. The peculiarity of the invention is that the error signal is triggered by the current in a secondary winding of a current transformer, which is primarily affected by both the current through the spark gap and a current corresponding to an asymmetry in the capacitor bank.

På vedføyede tegning vises i fig. 1, 2 og 3 tre utførelsesformer for oppfinnelsen som skiller seg fra hverandre ved den måte hvorpå den strøm som forårsakes av en usymmetri tilføres transformatoren. , The attached drawing shows in fig. 1, 2 and 3 three embodiments of the invention which differ from each other in the way in which the current caused by an asymmetry is supplied to the transformer. ,

I fig. 1 betyr 1 og 2 to deler av en kraftledning som er forbundet gjennom et seriekondensatorbatteri. Batteriet er bygget opp i form av en firearmet bro med brogrener 3, 4, 5 og 6, som hver enkelt kan utgjøres av en eller flere kondensatorenheter. De fire brogrener 3, 4, 5 og 6 er dimensjonert slik at sammenkoblingspunktene for bro-grenene 3 og 5 henholdsvis 4 og 6 ligger på samme potensial, når alle delkondensatorer i batteriet er intakte, og mellom disse punk-ter er det koblet inn en primærvikling 14 for en strømtransformator 11. Et gnistgap 8 ligger i serie med en annen primærvikling 13 for strømtransformatoren 11 i parallell med kondensatorbatteriet. In fig. 1 and 2 mean two parts of a power line connected through a series capacitor bank. The battery is built up in the form of a four-armed bridge with bridge branches 3, 4, 5 and 6, each of which can be made up of one or more capacitor units. The four bridge branches 3, 4, 5 and 6 are dimensioned so that the connection points for the bridge branches 3 and 5 and 4 and 6, respectively, are at the same potential, when all partial capacitors in the battery are intact, and between these points a primary winding 14 for a current transformer 11. A spark gap 8 lies in series with another primary winding 13 for the current transformer 11 in parallel with the capacitor bank.

En sekundærvikling 12 for strømtrans-formatoren 11 er over klemmene 10 forbundet med to maksimalstrømreléer 21 og 23. Reléet 23 er innstillet for en lav tilslags-strøm og er forsynt med en sluttekontakt, som i serie med en brytekontakt på reléet 21 er forbundet med uttak 24. Reléet 21 er innstillet for en høyere tilslagsstrøm enn reléet 23 og er forsynt med en brytekontakt og en sluttekontakt hvorav den siste er forbundet med uttak 22. A secondary winding 12 for the current transformer 11 is connected via the terminals 10 to two maximum current relays 21 and 23. The relay 23 is set for a low inrush current and is provided with a closing contact, which in series with a breaking contact on the relay 21 is connected to the outlet 24. Relay 21 is set for a higher inrush current than relay 23 and is provided with a break contact and a closing contact, the latter of which is connected to outlet 22.

Strømtransformatoren 11 er som vist i fig. 1, magnetisert av såvel strømmen gjennom gnistgapet 8 som av en strøm som avhenger av eventuelle usymmetrier i kondensatorbatteriet. Ved et overslag i gnistgapet 8 gjennomflytes primærviklingen 13 av en meget stor strøm, og reléene 21 og 23 er dimensjonert slik at begge to slår til for den tilsvarende sekundærstrøm i transformatoren 11. Ved et overslag i gnistgapet 8 kortsluttes således uttaket 22 av sluttekon-takten på reléet 21. Uttakene 24 forblir strømløse ved at brytekontakten på reléet 21 er åpen. The current transformer 11 is, as shown in fig. 1, magnetized both by the current through the spark gap 8 and by a current that depends on any asymmetries in the capacitor bank. In the event of a flashover in the spark gap 8, a very large current flows through the primary winding 13, and the relays 21 and 23 are sized so that both switch on for the corresponding secondary current in the transformer 11. In the event of a flashover in the spark gap 8, the outlet 22 is thus short-circuited by the closing contact on the relay 21. The outlets 24 remain de-energized by the breaking contact on the relay 21 being open.

Ved en liten usymmetri i kondensatorbatteriet gjennomf lytes primærviklingen 14 av en liten strøm, og ved riktig valgte over-setningsforhold på transformatoren 11 blir sekundærstrømmen så lav at reléet 21 forblir fraslått mens reléet 23 slår til ved fore-skrevet grense for usymmetrien. I dette tilfelle kortsluttes uttakene 24, mens uttakene 22 forblir åpne. In the case of a small asymmetry in the capacitor bank, a small current flows through the primary winding 14, and with a correctly selected ratio ratio on the transformer 11, the secondary current becomes so low that the relay 21 remains switched off while the relay 23 switches on at the prescribed limit for the asymmetry. In this case, the outlets 24 are short-circuited, while the outlets 22 remain open.

Til tross for at det i fig. 1 bare finnes en transformator som forbindelse mellom relédelen i anordningen og kondensatorbatteriet greier anordningen altså å skille ved feil i selve kondensatorbatteriet og overslag i gnistgapet. Den dyreste del av transformatoren 11 er isolasjonen mellom sekundæren 12 og primærviklingene 13 og 14 da den må dimensjoneres for hele ledningsspenningen som kan være flere hun-dre kilovolt. Isolasjonen mellom de to primærviklingene 13 og 14 behøver derimot bare å tåle spenningen over kondensatorene 5 og 6 i alminnelighet <:>bare noen få kilovolt. Despite the fact that in fig. 1 there is only a transformer as a connection between the relay part of the device and the capacitor battery, the device is therefore able to distinguish between faults in the capacitor battery itself and flashover in the spark gap. The most expensive part of the transformer 11 is the insulation between the secondary 12 and the primary windings 13 and 14 as it must be dimensioned for the entire line voltage, which can be several hundred kilovolts. The insulation between the two primary windings 13 and 14, on the other hand, only needs to withstand the voltage across the capacitors 5 and 6, generally <:>only a few kilovolts.

Selv om spenningen mellom de to primærviklingene 13 og 14 er lav, kan den imidlertid gjøre det umulig å bruke strøm-transformatorer av standard, utførelse. En normal strømtransformator kan derimot anvendes hvis koblingen endres slik som vist i fig. 2. Denne anordning tilsvarer for øvrig den som er vist i fig. 1, og reléene 21 og 23 eller likeverdige anordninger kan tilsluttes uttakene 10, slik som vist i fig. 1. Although the voltage between the two primary windings 13 and 14 is low, it may however make it impossible to use current transformers of standard design. A normal current transformer can, on the other hand, be used if the connection is changed as shown in fig. 2. This device otherwise corresponds to the one shown in fig. 1, and the relays 21 and 23 or equivalent devices can be connected to the outlets 10, as shown in fig. 1.

I fig. 2 er strømtransformatoren 11 bare forsynt med en primærvikling 13 som er isolert fra sekundærviklingen 12 for hele ledningsspenningen. Denne primærvikling 13 er koblet i serie med gnistgapet 8 slik som i fig. 1, men er dessuten koblet til en sekundærvikling 18 i en annen strømtrans-formator 16. En primærvikling 17 i strøm-transformatoren 16 er forbundet med de brokoblede grener 3, 4, 5 og 6 av kondensatorbatteriet på samme måte som primærviklingen 14 for transformatoren 11 i fig. 1. In fig. 2, the current transformer 11 is only provided with a primary winding 13 which is isolated from the secondary winding 12 for the entire line voltage. This primary winding 13 is connected in series with the spark gap 8 as in fig. 1, but is also connected to a secondary winding 18 in another current transformer 16. A primary winding 17 in the current transformer 16 is connected to the bridged branches 3, 4, 5 and 6 of the capacitor bank in the same way as the primary winding 14 of the transformer 11 in fig. 1.

Primærsiden av strømtransformatoren 11 er i denne kobling påvirket av såvel In this connection, the primary side of the current transformer 11 is affected by both

gnistgapstrømmen som strømmen i kondensatorbatteriets diagonal slik som i fig. 1. Transformatoren 16 har bare til oppgave å utgjøre den nødvendige isolasjon mellom de to strømmer og dens oversetning skal tilsvare oversetningen mellom de to primærviklinger 13 og 14 i fig. 1. På grunn av den lave spenning mellom viklingene i transformatoren 16, blir denne meget bil-lig sammenlignet med en strømtransforma-tor for hele ledningsspenningen. the spark gap current as the current in the condenser battery's diagonal as in fig. 1. The transformer 16 only has the task of providing the necessary insulation between the two currents and its translation must correspond to the translation between the two primary windings 13 and 14 in fig. 1. Due to the low voltage between the windings in the transformer 16, this becomes very cheap compared to a current transformer for the entire line voltage.

I fig. 3 er det vist en tredje utførelses-form for oppfinnelsen hvor en strømtrans-formator med tre områder kan anvendes uten ekstra isolasjon mellom de forskjellige deler av primærviklingen. En primærvikling 13 i strømtransformatoren 11 ligger i serie med gnistgapet 8 som i de foregå-ende figurer, men kondensatorbatteriet er bare delt opp i to deler, 3 og 4. To primærviklinger 14 og 15 er koblet i serie med hver sin av kondensatorbatteriets grener 3 og 4, og er anordnet slik at deres totale amperevindingstall er null, når kondensatorbatteriet er intakt. Denne betingelse kan oppfylles hvis produktet av vindings-tallet i primærviklingen 14 og kapasitansen i kondensatoren 3 er lik produktet av vindingstall i 15 og kapasitansen i 4. Hvis halvdelene 3 og 4 av kondensatorbatteriet er like vil altså også primærviklingene 14 og 15 være like og i dette tilfelle kan det brukes en vanlig strømtransformator med tre områder som inneholder fire like primærviklinger idet viklingene 14 og 15 hver utgjøres av en primærvikling, og viklingen 13 i fig. 3 kan utgjøres av de to øvrige primærviklinger fortrinsvis i parallell. In fig. 3 shows a third embodiment of the invention where a current transformer with three areas can be used without additional insulation between the different parts of the primary winding. A primary winding 13 in the current transformer 11 is in series with the spark gap 8 as in the previous figures, but the capacitor battery is only divided into two parts, 3 and 4. Two primary windings 14 and 15 are connected in series with each of the capacitor battery's branches 3 and 4, and are arranged so that their total ampere-turn count is zero, when the capacitor bank is intact. This condition can be met if the product of the number of turns in the primary winding 14 and the capacitance in the capacitor 3 is equal to the product of the number of turns in 15 and the capacitance in 4. If halves 3 and 4 of the capacitor bank are equal, then the primary windings 14 and 15 will also be equal and in in this case, an ordinary current transformer with three areas containing four identical primary windings can be used, the windings 14 and 15 each being made up of a primary winding, and the winding 13 in fig. 3 can be made up of the other two primary windings preferably in parallel.

Mellom uttakene 10 kan det som i de andre utførelsesformer tas ut en strøm som dels avhenger av strømmen gjennom gnistgapet 8, dels avhenger av usymmetri i kondensatorbatteriet. En ikke ønsket usymmetri medfører nemlig at amperevindingstal-lene av strømmene i primærviklingene 14 Between the outlets 10, as in the other embodiments, a current can be taken which partly depends on the current through the spark gap 8, partly depends on asymmetry in the capacitor battery. An unwanted asymmetry means that the ampere-turn numbers of the currents in the primary windings 14

og 15 ikke lengere nøytraliserer hverandre, and 15 no longer neutralize each other,

og det oppstår et resulterende amperevindingstall som bare kan nøytraliseres av en and a resulting ampere-turn figure occurs which can only be neutralized by a

strøm i sekundærviklingen 12. Ved at alle current in the secondary winding 12. In that all

primærviklingene i strømtransformatoren i the primary windings in the current transformer i

denne utførelsesform for oppfinnelsen er this embodiment of the invention is

tilsluttet den felles leder 1, kan det aldri connected to the common conductor 1, it can never

oppstå noen potensialforskjell mellom dem, any potential difference occurs between them,

og kravene til isolasjon mellom primærviklingene er derfor meget små. and the requirements for insulation between the primary windings are therefore very small.

På vedføyede tegning er det bare vist On the attached drawing it is only shown

en utførelsesform for det reléutstyr som an embodiment of the relay equipment which

hører beskyttelsesanordningen til, men selv belongs to the protection device, but itself

om denne utførelsesform er særlig fordel-aktig, kan oppfinnelsen selvsagt tilpasses if this embodiment is particularly advantageous, the invention can of course be adapted

på andre måter. in other ways.

Claims (4)

I 1. Beskyttelsesanordning for et serie- iI 1. Protection device for a series- i kondensatorbatterie som er parallellkoblet med et gnistgap, hvor feilsignal utløses av strøm som induseres i sekundærviklingen i en strømtransformator, karakterisert ved at transformatorens primærside er påvirket såvel av strøm gjennom gnistgapet som av en strøm som tilsvarer en usymmetri i kondensatorbatteri. capacitor battery that is connected in parallel with a spark gap, where the error signal is triggered by current induced in the secondary winding of a current transformer, characterized by the fact that the primary side of the transformer is affected both by current through the spark gap and by a current corresponding to an asymmetry in the capacitor battery. 2. Anordning som angitt i påstand 1 for et seriekondensatorbatteri som er bygget opp som en firearmet bro hvis ene dia-gonalstrøm tilsvarer en usymmetri i kondensatorbatteriet, karakterisert ved at en primærvikling i strømtransformatoren er koblet i serie med gnistgapet samt til en sekundærvikling på en annen strømtrans-formator, som har en primærvikling som gjennomf ly tes av den nevnte diagonalstrøm (fig. 2). 2. Device as stated in claim 1 for a series capacitor battery which is built up as a four-arm bridge whose one diagonal current corresponds to an asymmetry in the capacitor battery, characterized in that a primary winding in the current transformer is connected in series with the spark gap and to a secondary winding on another current transformer, which has a primary winding through which the aforementioned diagonal current flows (fig. 2). 3. Anordning som angitt i påstand 1 for et seriekondensatorbatteri som består av to parallellkoblede grener, karakterisert ved at strømtransformatoren er forsynt med en primærvikling, koblet i serie med gnistgapet, samt med to primærviklinger som på i og for seg kjent måte er koblet i serie med hver sin gren av kondensatorbatteriet og innrettet til å motvirke hverandre (fig. 3). 3. Device as stated in claim 1 for a series capacitor battery consisting of two parallel-connected branches, characterized in that the current transformer is provided with a primary winding, connected in series with the spark gap, as well as with two primary windings which are connected in series in a manner known per se with each branch of the capacitor bank and arranged to counteract each other (fig. 3). 4. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at strøm transformatorens sekundærvikling er tilsluttet to maksi-malstrømreléer med forskjellige verdier, idet den høyeste av verdiene tilsvarer den strøm som flyter i sekundærviklingen ved overslag i gnistgapet (fig. 1).4. Device as stated in claim 1, characterized in that the secondary winding of the current transformer is connected to two maximum current relays with different values, the highest of the values corresponding to the current flowing in the secondary winding in case of flashover in the spark gap (fig. 1).