DE1260600B

DE1260600B - Einrichtung zur Begrenzung von UEberstroemen

Info

Publication number: DE1260600B
Application number: DE1966L0052661
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Becker
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-01-24
Filing date: 1966-01-24
Publication date: 1968-02-08
Also published as: GB1141554A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

H02h

Deutsche Kl.: 21c-68/50

Nummer: 1 260 600

Aktenzeichen: L 52661 VIII b/21 c

Anmeldetag: 24. Januar 1966

Auslegetag: 8. Februar 1968

Das Patent 1 227 129 betrifft eine Einrichtung zur Begrenzung von Überströmen, insbesondere an der Kupplungsstelle von Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von Ausgleichsströmen zwischen diesen Netzen im Kurzschlußfall in einem dieser Netze oder bei Außertrittfallen, wobei in die Verbindung eine Reihenschaltung von zwei Blindwiderständen, eine Induktivität und eine Kapazität, eingefügt ist, die verschiedene Vorzeichen und im Normalbetrieb etwa die gleiche Größe haben, so daß die Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises etwa der Netzfrequenz entspricht, wobei parallel zum Kondensator eine nur mit ihrem Kupferwiderstand behaftete eisengeschlossene sättigbare Drosselspule geschaltet ist und wobei mit der sättigbaren Drosselspule ein zusätzlicher Ohmwiderstand in Reihe liegt, der bei Sättigung der Drossel den resultierenden Leitwert der Anordnung überwiegend bestimmt.

Es ist schon die Verwendung eines Reihenschwingkreises zur Strombegrenzung in Wechselstromnetzen und an der Kuppelstelle zweier Netze bekannt, bei dem der Kondensator durch einen relaisbetätigten Schalter im Kurzschlußfall überbrückt wird. Bei Wiederkehr normaler Verhältnisse wird über eine Zeitverzögerung die Überbrückung wieder aufgehoben. Da mechanische Schalter mit der bekannten Zeitverzögerung eingesetzt sind, erfüllt diese Einrichtung nicht die gestellte Aufgabe des Hauptpatentes, den dynamischen Stromspitzenwert bereits abzuriegeln.

Eine weitere bekannte Einrichtung zur Begrenzung von Kurzschlußströmen in Wechselstromleitungen besteht ebenfalls aus einer Kapazität und einer Induktivität in Reihenschaltung, die einen auf Resonanz abgestimmten Schwingkreis bilden. Hierbei wird die Kapazität im Überstromfall durch eine Funkenstrecke, einen Gasentladungsableiter oder sonstige Gasentladungsgefäße überbrückt. Durch dieses plötzliche Ansprechen des Nebenschlusses tritt eine außerordentlich harte kurzzeitige Schalthandlung ein, die bei höheren Leistungen in Wechselstromnetzen sehr unerwünscht ist. Außerdem ist es heute noch mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden, wenn nicht gar unmöglich, solche Elemente wie Funkenstrecken und Gasentladungsableiter zur Überbrükkung eines der Blindwiderstände im Kurzschlußfall für den gewünschten mit der vorliegenden Anmeldung erreichbaren Leistungsbereich herzustellen.

Eine andere Vorrichtung zum Schutz von überstromempfmdlichen Verbrauchern, wie z. B. von Geräten mit Siliziumgleichrichtern oder Transistoren, besteht auch aus einem auf Resonanz abgestimmten Einrichtung zur Begrenzung von Überströmen

Zusatz zum Patent: 1 227 129

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Hans Becker, 6100 Darmstadt

Reihenschwingkreis, der im Nennbetrieb einen vernachlässigbaren Widerstand aufweist, wobei zur Kapazität eine möglichst verlustarme Sättigungsdrossel parallel geschaltet ist, deren Induktivität im infolge Uberstromes gesättigten Zustand Schwingungen höherer Frequenz zum Zweck einer Umladung des Kondensators ausführt, so daß der durchfließende Strom unter den Nennstrom herabgedrückt wird. Kippvorgang und rasche Umladungen, deren sich diese Anordnung zur Strombegrenzung bedient, schließen ihre Anwendung bei höherer Leistung in Starkstromanlagen praktisch aus. Auch wegen der Oberwellenrückwirkungen infolge der stark verzerrten Stromkurven ist die Anordnung im Netzbetrieb nicht tragbar.

Nur eine Einrichtung gemäß Patent 1 227 129 erfüllt bei wirtschaftlicher Auslegung der Elemente die für Hoch- und Höchstspannungsnetze in bezug auf Spannungs- und Leistungsbereich gültigen Anforderungen. Ruhende elektromagnetische Maschinen, wie Transformatoren und Drosselspulen, und Kondensatoren kann man in jeder benötigten und gewünschten Auslegung herstellen. Insbesondere werden lichtbogenziehende Schaltgeräte, wie Funkenstrecken, Überspannungsableiter und Leistungsschalter zum Anschalten des Kondensatornebenschlusses vermieden. Die ersteren haben den Nachteil, daß sie durch die außerordentlich leistungsstarken Lichtbögen einem starken Verschleiß unterworfen sein würden, vorausgesetzt man könnte sie überhaupt für den benötigten Leistungsbereich wirtschaftlich fertigen. Die Leistungsschalter wiederum sind infolge des Umwegs über Fühl- und Betätigungselemente mit einem un-

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Claims

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vermeidlichen Zeitverzug versehen, der sie für die Schwingkreises etwa der Netzfrequenz entspricht, gestellte Aufgabe, schon die dynamisch wirksamen wobei parallel zum Kondensator eine eisengeschlos-Stromamplituden des Kurzschlußstromes abzuriegeln, sene sättigbare Drosselspule geschaltet ist und wobei ungeeignet machen. Nur das magnetische Schaltglied mit der sättigbaren Drosselspule ein zusätzlicher in Gestalt der Sättigungsdrossel, deren Sättigung und 5 Ohmwiderstand in Reihe liegt, der bei Sättigung der damit Schaltfunktion durch das Ansteigen des kurz- Drossel den resultierenden Leitwert der Einrichtung schlußstromabhängigen Spannungsabfalls selbst be- überwiegend bestimmt, nach Patent 1 227 129, erwirkt wird, kann den Anforderungen genügen. reicht, wenn erfmdungsgemäß nach Beseitigung der

Der Blindwiderstand dieser Drossel ist im nicht- Störung des Kurzschlusses der ohmsche Widerstand gesättigten Zustand im normalen Strombereich ent- io so ausgelegt ist, daß er im Nebenschluß zum Konsprechend hoch, so daß die Kapazität mit der Haupt- densator für die Dauer der Erholzeit einen beträchtdrossel einen nicht gestörten Reihenschwingkreis bil- lieh höheren Wert annimmt.

det. Erreicht der Spannungsabfall über dem Konden- Die Vergrößerung des Gesamtwiderstandes wird

sator infolge eines Ansteigens des Stromes einen be- beispielsweise durch Zuschalten eines entsprechenden

stimmten Grenzwert, so gerät der Drosselkern in 15 Teilwiderstandes erreicht.

Sättigung und ihr induktiver Widerstand vermindert Zweckmäßigerweise erfolgt dieses Zuschalten in

sich. der Weise, daß ein entsprechender Teilwiderstand

Infolge des nun wirksamen im wesentlichen ohm- normalerweise durch ein Schaltglied überbrückt und

sehen Nebenschlusses zum Kondensator ist die Rei- das Schaltglied für die Dauer der Erholzeit die Über-

henresonanz gestört und der Schwingkreis weist einen 20 brückung unterbricht.

gegenüber vorher um ein Vielfaches vergrößerten Ein besonders trägheitsarmes und einfach zu betäresultierenden Widerstand auf, so daß der Strom in tigendes schnelles Schaltglied zur Zuschaltung des der Verbindungsleitung wirksam begrenzt wird. Als zusätzlichen Widerstandes für die Dauer der Erhol-Begrenzungsstrom, also als Höchstwert des Dauer- zeit bietet sich beispielsweise in der Gestalt von zwei kurzschlußstromes, kann durch die Begrenzungs- 25 antiparallel geschalteten steuerbaren Ventilen,
kupplung ein Wert erreicht werden, der dem Nenn- Der nach der Zeichnung parallel zu dem Reihenstrom nahe liegen kann. kondensator, der im Normalbetrieb mit der Indukti-

Nun sind der Spannungsabfall am Widerstand und vität X_L den abgeglichenen Reihenschwingkreis bildamit die Spannungsbeanspruchungen der einzelnen det, geschaltete Kreis besteht aus einer Drossel X_s Elemente um so größer, je größer der ohmsche 30 (Sättigungsdrossel) und der Reihenschaltung zweier Widerstand ist. Höhere Spannungsabfälle bedeuten Widerstände .R₁ und R₂. Der Widerstand R₁ ist bekanntlich stärkere Isolation und höhere Kosten. immer eingeschaltet und stellt den im Kurzschlußfall Die wirtschaftlichste Lösung ist dann erreicht, wenn benötigten Mindestwiderstand dar. Der Widerfür einen gegebenen Begrenzungsgrad der kleinst- stand R₂ ist mit einem Schaltglied 5 Überbrückt. Nach mögliche Widerstand eingesetzt wird. 35 beendetem Kurzschluß wird dieser Schalter geöffnet

Wird nun der Kurzschluß ausgehoben und hört der und der nun vorhandene Widerstand R_ges = R₁ + R₂ Kurzschlußstrom auf_s so kehrt die Einrichtung in- bewirkt eine kürze Erholzeit. Nach Rückkehr der folge ihrer Trägheit nicht sofort in den Normalzu- Begrenzungskupplung in den Normalzustand wird stand zurück sondern sie verbleibt bei allerdings der Schalter S wieder geschlossen. Da der Widergegenüber dem Kurzschlußfall herabgesetzten Be- 40 stand R₂ etwa die gleiche Größenordnung wie R₁ änsprüchüngen eine wisse Zeit, der Erholzeit, in haben sollte, er nur kurz (etwa 100 msec) eingeschalihrem hochohmigen Zustand. Während dieser Zeit tet ist und in dieser Zeit nur etwa der Nennstrom fließt über den Parallelkreis zu X_c ein Strom von der über den Widerstand fließt, ergeben sich für Wider-Größe etwa des Neiinstrom.es der Kupplung. Diese stand R₁, und Schalter S keine Kosten, die im Rah-Erholzeit ist um so größer, je kleiner der Wider- 45 men der Gesamtkosten bemerkenswert wären. Eine Stand R ist, je kleiner die Lastimpedanz (nach be- Anwendung empfiehlt sich besonders dann, wenn die endetem Kurzschluß) und je kleiner deren cos φ ist. Kupplung für eine Nennimpedanz mit schlechtem Um nach dem Kurzschluß möglichst rasch einen ge- cos ψ auszulegen ist.
ordneten Netzbetrieb wiederherzustellen, sollte die

Erholzeit möglichst klein sein. Dazu wäre ein großer 50 Patentansprüche:

Widerstand .R erförderlich₅ wodurch jedoch die Be- 1. Einrichtung zur Begrenzung von Überströ-

anspruchüngen im Kurzschlußfall steigen und die men, insbesondere an der Kupplungsstelle von

Kupplung unwirtschaftlich wird. Somit wäre man Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von

gezwungen, Kompromisse zwischen den beiden ein- AusgleiehsstrÖmen zwischen diesen Netzen im

ander wiedersprechenden Forderungen mit Zuge- 55 Kurzschlußfall in einem dieser Netze oder bei

ständnissen in der einen oder in der anderen Rieh- Außertrittfallen, wobei in die Verbindung eine

rung zu schließen. Reihenschaltung von zwei Blindwiderständen,

Eine gleichzeitige Erfüllung beider Forderungen eine Induktivität und eine Kapazität, eingefügt wird bei einer Einrichtung zur Begrenzung von Über- ist, die verschiedene Vorzeichen und im Normal-Strömen, insbesondere an der Kupplungsstelle von 60 " betrieb etwa die gleiche Größe haben, so daß die Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von Aus- Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises gleichsströmen zwischen diesen Netzen im Kürz- etwa der Netzfrequenz entspricht, wobei parallel schlüßfall in einem dieser Netze oder bei Außertritt- zum Kondensator eine eisengeschlossene sättigfällen, wobei in die Verbindung eine Reihenschaltung bare Drosselspule geschaltet ist und wobei mit von zwei Blindwiderständen, eine Induktivität und 65 der sättigbaren Drosselspule ein zusätzlicher eine Kapazität, eingefügt ist, die verschiedene Vor- Ohmwiderstand in Reihe liegt, der bei Sättigung zeichen und im Normalbetrieb etwa die gleiche Größe der Drossel den resultierenden Leitwert der Einhaben, so daß die Resonanzfrequenz dieses Reihen- richtung überwiegend bestimmt, nach Patent

1227129, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beseitigung der Störung des Kurzschlusses der ohmsche Widerstand so ausgelegt ist, daß er im Nebenschluß zum Kondensator für die Dauer der Erholzeit einen beträchtlich höheren Wert annimmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Wertes des Widerstandes ein kurzzeitiges Zuschalten eines entsprechenden Teilwiderstandes erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein entsprechender Teilwiderstand normalerweise durch ein Schaltglied überbrückt und das Schaltglied für die Dauer der Erholzeit die Überbrückung unterbricht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Überbrükkungsschaltglied zwei antiparallel geschaltete steuerbare Ventile vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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