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WO2013159981A1 - Erdschluss-system - Google Patents

Erdschluss-system Download PDF

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Publication number
WO2013159981A1
WO2013159981A1 PCT/EP2013/054926 EP2013054926W WO2013159981A1 WO 2013159981 A1 WO2013159981 A1 WO 2013159981A1 EP 2013054926 W EP2013054926 W EP 2013054926W WO 2013159981 A1 WO2013159981 A1 WO 2013159981A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ground fault
semiconductor
coil
ground
tap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/054926
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Junliang WU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Priority to CN201390000093.7U priority Critical patent/CN203690912U/zh
Publication of WO2013159981A1 publication Critical patent/WO2013159981A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

Definitions

  • the invention relates to a ground fault system for an electricity grid.
  • the invention relates to such a ground fault system, with which a ground fault can be detected and compensated by automatic selection and adjustment of a suitable inductance of a ground fault coil.
  • Electricity networks can lead to unwanted conductive connections between an electrical conductor of the electricity grid and the earth potential.
  • a ground fault known to those skilled in the art include disturbance of the power supply, in the case of three-phase networks voltage overshoots (in relation to ground) of the phases which are not in electrical contact with the ground potential, and the formation of
  • ground-fault coils also known as Petersen coils
  • the basic principle of their effect is to compensate for the capacitive reactive currents occurring during an earth fault by means of inductive reactive currents;
  • the capacitive reactive currents arise here due to the capacity of the conductors of the electricity network to the environment.
  • the inductance of the ground fault coil must be matched to the capacity of the affected network or network section, i. while in practice an overvoltage at the neutral point by a
  • the affected network or network section depends on the location of the network
  • ground fault within the network It is now possible, for example, to specify a value of the inductance for a ground-fault coil which is sufficiently suitable for achieving a sufficient compensation for each value from the capacitance range which can occur in the event of a ground fault in the relevant network.
  • the inductance of the ground-fault coil can be changed via a tap-changer with servomotor, and thus adapted to the capacity present in a specific case of a ground fault. On the one hand, this requires one
  • Stepper switch possible values of the inductance of the ground fault coil be tried until the desired ground fault compensation is achieved.
  • the object of the invention is therefore to provide a ground fault system with which an occurring ground fault in an electricity grid can be compensated quickly and specifically.
  • the system should also be designed wear, so in particular work reliably over long periods of operation. This object is achieved by a ground fault system according to claim 1.
  • the earth fault system comprises at least one ground fault coil, a control device and a semiconductor tap changer for the ground fault coil. It is also possible for the control device to determine a value of an inductance of the at least one ground fault coil that is most suitable for compensating the ground fault.
  • Inductance of the at least one ground fault coil depend on the Erd gleichspule itself, but also on the semiconductor tap changer, with the values of the
  • the semiconductor tap changer is controllable by the control device. When a ground fault occurs, the
  • Inductance values of the ground fault coil the most suitable value for compensation of the ground fault, and sends a control signal to the semiconductor tap changer to cause the setting of this selected inductance value.
  • the ground fault coil has a plurality of taps. Accordingly, a semiconductor switching element is provided in the semiconductor tap changer for each tap of Erd gleichspule through which the respective tap is switched on or off. The connection or disconnection of a tap is controlled by the controller. By turning on or off a tap is effective in the electricity grid inductance of
  • the ground fault system it may be in the
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the ground fault system in a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the ground-fault coil, of the semiconductor
  • Figure 1 shows a schematic representation of the ground fault system 1 according to the invention in an electricity network 2, of which only symbolically three of a
  • Transformer 6 outgoing conductors 21 are shown, it is in the
  • Electricity network 2 here in the transformer 6, is connected via a ground-fault coil 3 to a ground potential 8.
  • the earth leakage coil 3 is assigned to a semiconductor tap changer 5.
  • the ground fault system 1 further comprises a control device 4 for determining a ground fault on the basis of measured data, determination of a suitable Value of the inductance of the earth leakage coil 3 to compensate for the ground fault, and the corresponding control of the semiconductor tap changer 5, as already discussed above.
  • the capacity 24 of the lines 21 is indicated relative to the environment. The capacitive reactive currents occurring due to such a capacitance in the case of an earth fault are to be replaced by an inductive reactive current through the
  • FIG. 2 is a schematic representation of the Erd gleichspule 3 with
  • Each tap 31 is associated with a semiconductor switching element 51.
  • the respective tap 31 can be switched on or off, whereby then a corresponding winding section 32 can be switched on or off.
  • the switching on and off of a winding section 32 by means of a semiconductor switching element 51 is controlled by the control device 4.
  • the connection or disconnection of a winding section 32 changes the effective in the electricity network 2 inductance of Erd gleichspule 3. It is not necessary in a semiconductor stage switch 5, winding sections 32 in turn, so according to their arrangement in the Erd gleichspule 3, turn on gradually, if more than one
  • Winding section to be switched on or off. Rather, it allows one
  • Semiconductor stage switch 5 the connection or disconnection of several winding sections 32 in a single step.
  • the reaction times of the earth fault system according to the invention compared to a system according to the prior art are shortened.
  • three winding sections 32 and correspondingly three taps 31 are shown.
  • more than three winding sections 32 or only two winding sections 32 may be provided, each with corresponding taps 31.
  • the transformer 6 and the ground potential 8 are also indicated in order to clarify the reference to FIG.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

Erdschluss-System
Die Erfindung betrifft ein Erdschluss-System für ein Elektrizitätsnetz. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Erdschluss-System, mit welchem ein Erdschluss erkennbar und durch automatische Auswahl und Einstellung einer geeigneten Induktivität einer Erdschlussspule kompensiert werden kann.
Bei Elektrizitätsnetzen kann es zu unerwünschten leitfähigen Verbindungen zwischen einem elektrischen Leiter des Elektrizitätsnetzes und dem Erdpotenzial kommen. In solch einem Fall spricht man von einem Erdschluss. Zu den dem Fachmann bekannten negativen Folgen eines solchen Erdschlusses zählen Störung der Stromversorgung, bei Drehstromnetzen Spannungsüberhöhungen (gegenüber Erde) der Phasen, welche nicht in elektrischem Kontakt mit dem Erdpotenzial stehen, und die Entstehung von
Lichtbögen. Um die Auswirkungen solcher negativen Folgen zu begrenzen werden in bekannter Weise Erdschlussspulen, auch als Petersen-Spulen bekannt, eingesetzt. Das Grundprinzip ihrer Wirkung besteht darin, die bei einem Erdschluss auftretenden kapazitiven Blindströme durch induktive Blindströme zu kompensieren; die kapazitiven Blindströme entstehen hierbei aufgrund der Kapazität der Leiter des Elektrizitätsnetzes gegenüber der Umgebung. Zu diesem Zweck muss die Induktivität der Erdschlussspule auf die Kapazität des betroffenen Netzwerks oder Netzwerkabschnitts abgestimmt sein, d.h. während in der Praxis eine Überspannung am Sternpunkt durch eine
Überkompensation im normalen Betrieb vermieden wird, beeinflusst die Abstimmung den Effekt der Kompensation im Erdschlussfall. Die dabei relevante Kapazität des
betroffenen Netzwerks oder Netzwerkabschnitts hängt aber von dem Ort des
Erdschlusses innerhalb des Netzwerks ab. Es ist nun beispielsweise möglich, für eine Erdschlussspule einen Wert der Induktivität fest vorzugeben, welcher in ausreichender Weise geeignet ist, für jeden Wert aus dem Kapazitätsbereich, der bei einem Erdschluss in dem betreffenden Netzwerk auftreten kann, eine hinreichende Kompensation zu erzielen. Alternativ kann die Induktivität der Erdschlussspule über einen Stufenschalter mit Stellmotor verändert, und so an die bei einem konkreten Fall eines Erdschlusses vorliegende Kapazität angepasst werden. Dies erfordert einerseits einen solchen
Stufenschalter mit Stellmotor, wobei es sich um verschleißanfällige Vorrichtungen handelt, zum anderen nehmen die mechanischen Schaltvorgänge im Stufenschalter eine gewisse Zeit in Anspruch, insbesondere kann die Induktivität der Erdschlussspule nur schrittweise verändert werden, und es müssen mitunter die mit dem jeweiligen
Stufenschalter möglichen Werte der Induktivität der Erdschlussspule durchprobiert werden, bis die erwünschte Erdschlusskompensation erzielt ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Erdschluss-System bereitzustellen, mit dem ein auftretender Erdschluss in einem Elektrizitätsnetz schnell und gezielt kompensiert werden kann. Das System soll darüberhinaus verschleißarm ausgebildet sein, also insbesondere über lange Betriebsdauern hinweg zuverlässig arbeiten. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Erdschluss-System gemäß Anspruch 1.
Das erfindungsgemäße Erdschluss-System umfasst mindestens eine Erdschlussspule, eine Regeleinrichtung und einen Halbleiter-Stufenschalter für die Erdschlussspule. Durch die Regeleinrichtung ist das Auftreten eines Erdschlusses in dem Elektrizitätsnetz anhand der Messdaten feststellbar, es ist der Regeleinrichtung ferner möglich, einen Wert einer Induktivität der mindestens einen Erdschlussspule zu ermitteln, der zur Kompensation des Erdschlusses am geeignetsten ist. Die möglichen Werte der
Induktivität der mindestens einen Erdschlussspule hängen von der Erdschlussspule selbst ab, aber auch von dem Halbleiter-Stufenschalter, mit dem die Werte der
Induktivität der Erdschlussspule auswählbar sind. Der Halbleiter-Stufenschalter ist durch die Regeleinrichtung steuerbar. Beim Auftreten eines Erdschlusses ermittelt die
Regeleinrichtung unter den mit dem Halbleiter-Stufenschalter möglichen
Induktivitätswerten der Erdschlussspule den zur Kompensation des Erdschlusses geeignetsten Wert, und sendet ein Steuersignal an den Halbleiter-Stufenschalter um die Einstellung dieses ausgewählten Induktivitätswerts zu veranlassen.
Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, verschiedene Induktivitätswerte durchzuprobieren oder einen gewünschten Induktivitätswert in mehreren
Schaltvorgängen eines Stufenschalters schrittweise einzustellen, sondern der passende Induktivitätswert wird direkt eingestellt. Da der Halbleiter-Stufenschalter ohne
mechanische Teile auskommt, ist auch seine Verschleißanfälligkeit im Vergleich zu einem mechanischen Stufenschalter reduziert. Da die Schaltzeiten eines elektronischen Schalters wie es der Halbleiter-Stufenschalter ist, wesentlich kürzer sind als die
Schaltzeiten eines mechanischen Stufenschalters, und eine direkte im Gegensatz zu einer schrittweisen Einstellung der erforderlichen Induktivität möglich ist, ist die Einstellung der erforderlichen Induktivität auch in kürzerer Zeit als mit einem
mechanischen Stufenschalter möglich.
In bevorzugten Ausführungsformen des Erdschluss-Systems verfügt die Erdschlussspule über eine Vielzahl von Anzapfungen. Entsprechend ist im Halbleiter-Stufenschalter für jede Anzapfung der Erdschlussspule ein Halbleiterschaltelement vorgesehen, durch welches die jeweilige Anzapfung zu- oder abschaltbar ist. Das Zu- oder Abschalten einer Anzapfung wird durch die Regeleinrichtung gesteuert. Durch das Zu- oder Abschalten einer Anzapfung wird die in dem Elektrizitätsnetz wirksame Induktivität der
Erdschlussspule verändert.
In Ausführungsformen des Erdschluss-Systems kann es sich bei den
Halbleiterschaltelementen um Thyristoren handeln. In anderen Ausführungsformen können Bipolar-Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) als
Halbleiterschaltelemente eingesetzt werden.
Im Weiteren werden die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung des Erdschluss-Systems in einem
Elektrizitätsnetz, und
Figur 2 eine schematische Darstellung der Erdschlussspule, des Halbleiter-
Stufenschalters und der Regeleinrichtung. In den Figuren werden für gleiche oder gleich wirkende Elemente identische
Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Erdschluss- Systems 1 in einem Elektrizitätsnetz 2, von dem nur symbolisch drei von einem
Transformator 6 ausgehende Leiter 21 gezeigt sind, es handelt sich bei dem
dargestellten Elektrizitätsnetz 2 um ein dreiphasiges Netz. Ein Sternpunkt des
Elektrizitätsnetzes 2, hier im Transformator 6, ist über eine Erdschlussspule 3 mit einem Erdpotenzial 8 verbunden. Der Erdschlussspule 3 ist ein Halbleiter-Stufenschalter 5 zugeordnet. Das Erdschluss-System 1 umfasst ferner eine Regeleinrichtung 4 zur Feststellung eines Erdschlusses anhand von Messdaten, Ermittlung eines geeigneten Werts der Induktivität der Erdschlussspule 3 zur Kompensation des Erdschlusses, und zur entsprechenden Steuerung des Halbleiter-Stufenschalters 5, wie vorstehend bereits diskutiert. Ferner ist die Kapazität 24 der Leitungen 21 gegenüber der Umgebung angedeutet. Die aufgrund einer solchen Kapazität bei einem Erdschluss auftretenden kapazitiven Blindströme sollen durch einen induktiven Blindstrom durch die
Erdschlussspule 3 kompensiert werden.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung der Erdschlussspule 3 mit
Wicklungsabschnitten 32 und entsprechenden Anzapfungen 31 , des
Halbleiterstufenschalters 5 mit Halbleiterschaltelementen 51 , und der Regeleinrichtung 4. Jeder Anzapfung 31 ist ein Halbleiterschaltelement 51 zugeordnet. Durch ein solches Halbleiterschaltelement 51 kann die jeweilige Anzapfung 31 zu- oder abgeschaltet werden, wodurch dann ein entsprechender Wicklungsabschnitt 32 zu- oder abgeschaltet werden kann. Das Zu- und Abschalten eines Wicklungsabschnitts 32 mittels eines Halbleiterschaltelements 51 wird durch die Regeleinrichtung 4 gesteuert. Das Zu- oder Abschalten eines Wicklungsabschnitts 32 ändert die im Elektrizitätsnetz 2 wirksame Induktivität der Erdschlussspule 3. Es ist bei einem Halbleiterstufenschalter 5 nicht erforderlich, Wicklungsabschnitte 32 der Reihe nach, also entsprechend ihrer Anordnung in der Erdschlussspule 3, schrittweise zuzuschalten, wenn mehr als ein
Wicklungsabschnitt zu- oder abgeschaltet werden soll. Vielmehr erlaubt ein
Halbleiterstufenschalter 5 die Zu- oder Abschaltung mehrerer Wicklungsabschnitte 32 in einem einzigen Schritt. Hierdurch sind die Reaktionszeiten des erfindungsgemäßen Erdschluss-Systems gegenüber einem System nach dem Stand der Technik verkürzt. In der Darstellung sind drei Wicklungsabschnitte 32 und entsprechend drei Anzapfungen 31 gezeigt. Selbstverständlich können auch mehr als drei Wicklungsabschnitte 32 oder auch nur zwei Wicklungsabschnitte 32 mit jeweils korrespondierenden Anzapfungen 31 vorgesehen sein. Angedeutet sind außerdem der Transformator 6 und das Erdpotenzial 8, um den Bezug zu Figur 1 zu verdeutlichen.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der
nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1 . Erdschluss-System (1) für ein Elektrizitätsnetz (2), umfassend mindestens eine Erdschlussspule (3),
gekennzeichnet durch
eine Regeleinrichtung (4),
durch welche ein Erdschluss anhand von Messdaten feststellbar und eine geeignete Induktivität zur Kompensation des Erdschlussstroms ermittelbar ist,
und durch einen Halbleiter-Stufenschalter (5) für die mindestens eine
Erdschlussspule (3), welcher durch die Regeleinrichtung (4) steuerbar ist.
2. Erdschluss-System (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Erdschlussspule (3) eine Vielzahl von Anzapfungen (31 ) aufweist, und der Halbleiter-Stufenschalter (5) für jede Anzapfung (31 ) der Erdschlussspule (3) ein Halbleiterschaltelement (51 ) aufweist, durch welches die jeweilige Anzapfung (31 ) zu- oder abschaltbar ist.
3. Erdschluss-System (1) nach Anspruch 2, wobei zumindest ein
Halbleiterschaltelement (51 ) ein Thyristor oder ein IGBT (Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode ist.
4. Erdschluss-System nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Betätigung kein des Stufenschalters ohne Motorantrieb durchführbar ist.
PCT/EP2013/054926 2012-04-27 2013-03-12 Erdschluss-system Ceased WO2013159981A1 (de)

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DE102012103735A DE102012103735A1 (de) 2012-04-27 2012-04-27 Erdschluss-System
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