CH369815A - Anordnung zur Vermeidung unzulässig hoher Kurzschlusslichtbogenenergie in elektrischen Anlagen - Google Patents

Description

  Anordnung zur Vermeidung unzulässig hoher     Kurzschlusslichtbogenenergie          in    elektrischen Anlagen    Durch den ständig wachsenden Verbrauch elek  trischer Energie ist eine     Verdichtung    der Netze     und     eine Erhöhung der     Anzahl    der     Umspann-    und Schalt  stationen erford'erl'ich geworden.

   Das hat zur Folge,       d'ass        sich    die     Kurzschlussleistung    in den     einzelnen    An  lagen ebenfalls erhöht und bei Fehlern hohe     Licht-          bogenstTöme    auftreten, die     eine    starke Gefährdung  der Anlage und des Bedienungspersonals bedeuten.  



  Man     ist    bisher den Weg gegangen, die Auswir  kung von     Störlichtbögen    durch die konstruktive Ge  staltung der     Schaltzellen    und Anlagen zu     verringern,     doch ist bei sehr hohen     Kurzschlussströmen    der     damit     verbundene Aufwand     wirtschaftlich        nicht    mehr trag  bar. Auch verkleinern diese Massnahmen     nicht    die       Lichtbogenenergie    selbst, sondern wirken nur seinen       schädlichen    Folgen entgegen.  



  Man hat     fernerhin    versucht, die Ursache von       Kurzschlusslichtbögen    zu vermindern durch den Ein  satz von     Scha-ltfehlerschutzgeräten    und anderen     Hilfs-          mitteln,    doch ist es nicht möglich, dadurch     sämtliche          Fehlermöglichkeiten,    die     zu        einem        Kurzschlusslicht-          bogen        führen        können,    zu beseitigen.

       Kurzschlüsse,        die     durch Isolatoren- und Materialfehler sowie     durch          Überspannungen    eingeleitet     werden,    lassen sich nie  völlig vermeiden.  



  Es bleibt     deshalb    nur die Möglichkeit, den einmal  gezündeten Lichtbogen     unmittelbar    im Entstehen zu  löschen. Die im Lichtbogen     umgesetzte    Energie ist  das     Produkt    aus der     Lichtbogenspannung,    dem Licht  bogenstrom und der     Brenndluer:

       <I>A =</I>     UL   <I>'</I>     JK   <I>' t</I>     (KW-sec.)     Um das Produkt und     damit    die     Lichtbogenenergie     klein zu halten, ist     zumindest    einer der Faktoren un  mittelbar dem     Wert        Null        zuzuführen.    Nun     kann    der  Faktor     ML    dadurch     verringert    werden,

   dass     parallel       zu     den        Brennpunkten    des entstehenden Lichtbogens  ein     Widerstand        eingeschaltet    wird, der sehr viel klei  ner ist     Tals    der     Lichbogenwidferstand.    Früher     gemachte          Vorschläge,        Anlagenteile    durch vor- oder nach  geordnete Hauptschalter     kurzzuschliessen,    konnten       nicht        befriedigen,

      da solche     Schalter    im     allgemeinen          Einschaltzeiten    von mehr als 150     msec        aufweisen,     so     dass        einschliesslich    der     Relaiszeiten        für    die An  regung der     Kurzschlusslichtbogen    erst nach     min-          destens    200     msec    gelöscht wäre.

   Innerhalb einer  solchen     Zeit        kann    aber ein Kurzschluss bereits durch       Selektävschutz    und Leistungsschalter abgeschaltet       werden,        wobei     von der     Anregung    bis       zur    völligen Abschaltung von etwa<B>100</B> ursec erreich  bar sind.  



  Die neue     Anordnung        vermeidet        unzulässig    hohe       Kurzschlusshchtbogenenergie        zwischen    .den. Leitern  untereinander oder dien Leitern und     Erde    in elek  trischen     Anlagen    dadurch,

       d'ass    eine     Schaltvorrich-          tung        in.    Abhängigkeit von     einer    durch einen     Licht-          bogenkurzschluss        beehiflussten        Messvorrichtung    die  betroffenen Leiter innerhalb dreier     Halbwellen    dies       Lichtbogenstromes        derart    überbrückt,     dass        das     Erlöschendes Lichtbogens     erfolgt.     



  Diese     überbrückung    kann den     Kurzschlussstrom          in        voller    Höhe so     lange    übernehmen, bis der vor  geschaltete Leistungsschalter bei einfacher     Einspei-          sung    oder die vorgeschalteten Leistungsschalter bei       Mehrfacheinspeisung    die     Stromzuführung    unterbre  chen. Die     Abschaltzeit        dies    oder der vorgeschalteten       Leistungsschalter    kann beliebig festgelegt werden.

    Dabei     sind        lediglich    die     thermischen    und dynamischen  Wirkungen .des in den Leiterschienen der Anlage  fliessenden Stromes     zu    berücksichtigen.  



       FüTdie        Schaltvorrichtung    können     z.B.        Draufschalter     vorgesehen werden, wie sie in Hochspannungsver-           suchsfeldern        verwendet    werden. Diese     Draufschalter     haben z. B.     Eigenzeiten    von 3     msee.    Sie genügen  also     allen    Anforderungen für das schnelle Kurz  schliessen der Leiter. Es ist jedoch nicht notwendig,  dass die vorgesehene Schaltvorrichtung mehrmalig zur  Anwendung kommt.

   Da die Fehlerfälle nicht zu  häufig vorkommen,     g nügt        auch    schon eine Schalt  vorrichtung, die nur     fär    einen Schaltvorgang be  messen ist und     nach        Behebung    des Fehlers durch eine  neue     Schaltvorrichtung        ersetzt    wird.  



  Die     Schaltvorrichtung    zum Überbrücken steht in  Abhängigkeit von einer     Messvorrichtung,    die z. B.  entweder die erste Ableitung des     Kurzschlussstromes     nach der Zeit in den einzelnen Leitern oder eine  andere Grösse erfasst,     die    das Auftreten eines Fehler  stromes anzeigt.

   Die     Messvorrichtung    kann also auch  die erste Ableitung der     Spannung    nach. der     Zeit,    das  Produkt aus der .ersten     Ableitung    des     Stromes    nach der       Zeit    und der ersten     Ableitung    der Spannung nach  der Zeit oder die     Anderung    des     Feldlinienbild'es    zwi  schen dien Leitern     erfassen.    Abgesehen von diesen       rein    elektrischen     Messgrössen    können auch die dyna  mischen     Kräfte,

          die    optische Auswirkung des Licht  bogenstromes und seine Druckwirkung in der     ihn     umgebenden Luft als     Messgrösse    herangezogen werden.  Je nach den Betriebsbedingungen ist es auch     möglich,          mehrere    der genannten     Messgrössen    gleichzeitig zu  verwenden. Zur     Erfassung    der optischen Wirkung       kommen    dabei z. B. Photozellen oder Photoelemente  in Betracht, die gegen andere Lichteinwirkungen, z. B.  Tages- oder     künstliches    Licht,     abgeschirmt    sind.  



  In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele  der neuen Anordnung bei verschiedener     Einspeisung     und     verschiedenen        Sammelschienensystemen    dar  gestellt. Es zeigt:       Fig.    1 ein     Einfachsammelschienensyste.m    mit einer  Einspeiseleitung,       Fig.    2 ein     Einfachsammelschienensystem    mit zwei       Einspeiseleitungen,          Fig.    3 ein     Doppelsammelschienensystem    mit zwei  facher     Einspeisung.     



  Der     Hauptschalter    1 der Einspeiseleitung ist über  den     Trennschalter    2 mit der Sammelschiene S ver  bunden. An die     Sammelschiene    S sind die     einzelnen          Abzweigleitungen   <I>A und B</I> angeschlossen, und zwar  der Abzweig A über den     Trennschalter    3 und den       Leistungsschalter    4 und der     .andere    Abzweig B über  den     Trennschalter    5 und     .den    Leistungsschalter 6.

    Durch die     senkrechten        gestrichelten        Linien    wird an  gedeutet,     dass    die     Abzweige    und     Einspeisungen        in          Schaltzellen    untergebracht     sind.    Im Zuge der Ver  bindung     zwischen    dem Hauptschalter 1 und der  Sammelschiene S ist die     Messvorrichtung    7 ein  geschleift.     Diese        Messvorrichtung        erfasst    z.

   B. die erste       Ableitung    des Stromes nach der     Zeit.    Sie wirkt auf  die Schaltvorrichtung 8 ein.  



  Bei     Auftreten    eines Kurzschlusses an der     mit     einem Pfeil     bezeichneten        Stelle        im        Abzweig    A wächst  der Strom     in:    der     Verbindungsleitung    zwischen Haupt  schalter 1 und der Sammelschiene S     plötzlich    an.

   Bei    Erreichen eines bestimmten Wertes im Anstieg des  Stromes löst die     Messvorri'chtung    7 die Schaltvorrich  tung 8 aus, die     sofort    alle drei Phasen der     Einspeise-          leitung    miteinander verbindet, und zwar innerhalb  dreier     Halbwellen    des     Lichtbogen.stromes.    Hierdurch  bricht die Spannung an der     Fehlerstelle    im     AbzweigA          zusammen    und     der        Lichtbogen,    erlischt.

   Nach der ein  gestellten     Auslösezeit    des     Schutzrelais    9 spricht der       Hauptsch.al@ter    1 an und unterbricht die Einspeisung.  Ist die     Schaltvorrichtung    8 mit einer     Wied''erausschalt-          vorrichtung    versehen, so wird nach dieser Zeit, also  nachdem der     Hauptschalter    1 geöffnet     hat,    der     Kurz-          schluss    zwischen dien einzelnen Leitern der Einspei  sung wieder aufgehoben.  



  Die Anlage nach der     Fig.    2 unterscheidet sich von  der     Anordnung    nach der     Fig.    1     dadurch,    dass zwei       Einspeisungen    vorhanden sind,     die    auf die gemein  same     SammeIsehiene    S arbeiten, und zwar ist eine       weitereEinspeisungmit        d,emi#lau.ptschalter    10 und dem       Trennschalter    11 vorgesehen.

   Ferner     liegt    in der     Zu-          leitungizwischenderrvTrennsehalter    11 und der     Sammel-          schiene    S eine weitere     Messvorrichtung    12. Die     Mess-          vorrichtung    12 ist gleich.     ausgeführtwie    die     Messvorrich-          tung    7 und spricht z. B. ebenfalls auf die erste Ablei  tung des Stromes nach der Zeit an.

   Sowohl die     Mess-          vorrichtung    12 als auch die     Messeinrichtung    7 wirken  auf die Schaltvorrichtung 8 bei Erreichen eines be  stimmten Wertes des Stromes ein, so dass die Schalt  vorrichtung 8 sofort die drei Leiter     dies    Netzes kurz  schliesst. Die Schaltvorrichtung 8 bleibt so lange ge  schlossen, bis die beiden Hauptschalter 1 und 10  ihrerseits .den     Energiezufluss    unterbrochen haben.  



  In der     Fig.    3 ist eine Schaltanlage mit     zweifacher     Einspeisung und     Zweifachsammelschienensystem        dar-          gestellt.    Die     Abzweige   <I>A</I> und<I>B</I> sind über je     zwei          Trennschalter    13, 14 und 15, 16 mit der Sammel  schiene     S,    oder     SII    verbunden. Die     Einspeisungen     sind ebenfalls über je einen Trennschalter 17 bis. 20  mit den     Sammelschienen    verbunden.

   Jede Einspeise  leitung enthält eine     Messvorrichtung    7, 12 mit je  einer     Schaltvorrichtung    8 und 21. Es ist also     eine     weitere     Schaltvorrichtung        erforderlich.    Tritt z. B. im  Abzweig A ein Fehler auf, so spricht bei der dar  gestellten     Schalterstellung    die     Messvorrichtung    12 an       und    löst     ,allein    die     Schaltvorrichtung    21 aus, da von  diesem Fehler die Sammelschiene     SII    nicht betroffen  ist.

   Es ist     also    ein unabhängiger Betrieb auf beiden  Sammelschienen     möglich.    Sind alle     Abzweige    auf       eine        Sammelschiene    geschaltet, so ist eine voll  kommene     Betriebsunterbrechung    die Folge eines  Fehlers.  



  Die Anordnungen nach den     Fig.    1 bis 3 unter  scheiden nicht, ob der Fehler in einer der Zellen  oder in den von diesen Zellen     abgehenden    Leitungen  auftritt. Bei einem Fehler     in    der abgehenden Leitung  wird die     entsprechende    Schaltvorrichtung .ansprechen  und     damit    der ganze über den zugeordneten Haupt  schalter versorgte Teil der     Anlage    stromlos werden,       obgleich    es genügen würde, dass der     betreffende        Ab-          zweigschalter    in der     Zelle    ausgelöst wird.

   Eine Be-           tätigung    des     Kurzschlussschakers        wäre    bei einem  derartigen     Fehler    also     überflüssig.    Dieser     Nachteil     kann     durch        zusätzliche        Messglied'er    und     Schalteinrich-          tungen        zur        überbrückung    in den abgehenden Lei  tungen behoben werden,

   die mit dem jeweiligen     Mess-          glied        für    die     Schaltvorrichtung    nach Art eines selek  tiven     Schutzes        zusammenarbeiten,    und zwar derart,       d'ass    bei einem     Fehler,    z.     B.        ausserhalb    einer     Zelle,     das Einlegen des     Kurzschlussschalters    der Einspeisung  gesperrt ist. Hierdurch wird ein selektives Abschalten       gewährleistet.     



  Wird der     Hauptschalter    der Einspeiseleitung für       Kurztrennung        ausgelegt,    so     darf    :der Zyklus der     Kurz-          unterbrechung    nur dann eingeleitet werden, wenn der  Fehler auf einer der     Speiseleitungen,    d. h. hinter dem  Leistungsschalter des     Abzweiges,        auftritt.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur Vermeldungunzulässig hoher Kurzschlüsslichtbogenenergie zwischen den Leitern untereinander oder den Leitern und' Erde in elek trischen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von einer von einem Ku:rzschlussfichtbogen beeinflussten Messvor- richtu:

   ng die betroffenen Leiter innerhalb dreier Halb wellen des Lichtbogenstromes derart überbrückt, dass das Erlöschen des Lichtbogens erfolgt. UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung ein Kurz- schfussschalier ist. 2. Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kurzschlussschalter nach einer Zeit, d'ib grösser ist als die Ansprechzeit eines ilun zugeordneten Leistungsschalters, selbsttätig wieder öffnet.

   3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Messvorrichtung die erste Ab leitung des Stromes nach der Zeit in der zu über wachenden Zuleitung erfasst und bei überschreiten des vorgegebenen Wertes auf den Kurzschlussschal- ter einwirkt. 4. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch :

   ge- kennzeichnet, .dass die Messvorrichtung die erste Ab leitung der Spannung nach der Zeit in der zu über- wachenden Zuleitung erfasst und bei überschreiten eines vorgegebenen Wertes auf den Kurzschilussschal- ter einwirkt. 5.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Messvorrichtung das Produkt aus der ersten Ableitung des Stromes nach der Zeit und der ersten Ableitung der Spannung nach der Zeit in der zu überwachenden Zuleitung erfasst und bei überschreiten eines vorgegebenem. Wertes auf dien Kurzsahlüssschalter einwirkt. 6.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet> dass; die Messverrichtung die erste Ableitung der durch den Strom hervorgerufenen dynamischen Kräfte nach der Zeit zwischen den Leitern der Zuleitung erfasst und, bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes auf den Kurzschlussschal- ter einwirkt.

   7. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Messvorrichtung die Änderung des Feldlinienaufbaues zwischen den einzelnen Lei tern und der Zuleitung und der Erde erfasst und bei überschreiten eines vorgegebenen Wertes .auf den Kurzschlussschalter :

   einwirkt. B. Anordnung nach Patenanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Messvorrichtung die optische Wirkung des Lichtbogenstromes und den Druck anstieg der den Lichtbogen umgebenden Luft erfasst und bei überschreiten eines vorgegebenen. Wertes- auf den Kurzschlussschalter einwirkt. 9.

   Anordnung nach Patentanspruch, in. elek- trischen. Anlagern mit mehreren Schaltfeldern, da durch gekennzeichnet, dass für jedes Schaltfeld eine eigene Schaltvorrichtung vorgesehen ist und dass in den Zu- und Ableitungen der Schaltfelder Mess- vorrichtungen enthalten sind,

   die derart selektiv zu- sammenarbei'ten, dass die einzelne Schaltvorrichtung nur bei Fehlern innerhalb ihres Schaltfeldes aus, gelöst wird.