EP4559062A1 - Anordnung von für mittelspannung ausgelegten rc-elementen für das schalten von kleinen induktiven strömen mittels vakuumschalttechnik auf hochspannungsebene - Google Patents

Anordnung von für mittelspannung ausgelegten rc-elementen für das schalten von kleinen induktiven strömen mittels vakuumschalttechnik auf hochspannungsebene

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Publication number
EP4559062A1
EP4559062A1 EP23765255.7A EP23765255A EP4559062A1 EP 4559062 A1 EP4559062 A1 EP 4559062A1 EP 23765255 A EP23765255 A EP 23765255A EP 4559062 A1 EP4559062 A1 EP 4559062A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
elements
circuit arrangement
arrangement according
housing
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.)
Pending
Application number
EP23765255.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Giere
Thomas Heinz
Jan WEISKER
Rene Schaefer
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4559062A1 publication Critical patent/EP4559062A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/005—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection avoiding undesired transient conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H01C13/02—Structural combinations of resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/044—Physical layout, materials not provided for elsewhere

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of RC elements designed for medium voltage for realizing an RC filter circuit solution for switching small inductive currents using high-voltage vacuum switching technology.
  • SF6 circuit breakers are predominantly used in high-voltage networks. In these applications the gas switches are not operated without additional protective measures. These measures serve to reduce the overvoltages that occur during the switching process.
  • the invention is based on the problem of providing a solution as to how an RC filter circuit can be used in high-voltage electrical energy transmission, in which the high voltage (HV) is greater than or equal to 72.5 kilovolts. Furthermore, the invention is aimed at specifying variants for the arrangement of the RC elements for efficient insertion into the limited installation space in a substation architecture.
  • HV high voltage
  • circuit arrangement of a plurality of RC elements comprising the features of claim 1.
  • Transferring this technology to high-voltage applications also opens up choke switching applications for high-voltage vacuum switching devices.
  • the arrangement of available, discrete medium-voltage free-air RC elements according to the invention represents an efficient method of also being able to serve high-voltage applications.
  • the efficient arrangement of these RC elements can be particularly suitable for integration into the corresponding substation architecture. Here, available installation space is limited.
  • the existing medium-voltage RC solutions essentially cover the voltage range up to 36 kV.
  • several of these elements are interconnected according to the invention.
  • the R and C elements may be housed together in a metallic housing G .
  • This housing has an outdoor fixed bushing D .
  • the electrical series connection The use of such discrete components makes use at higher voltage levels possible.
  • an RC element is attached by a support insulator or several support insulators S I . This serves on the one hand for mechanical strength and on the other hand for maintaining the distance for voltage insulation.
  • Fig. 1 shows an arrangement according to the invention of three individual RC elements with bushings aligned to the same side
  • Fig. 3 shows an arrangement according to the invention of three individual RC elements with bushings aligned in a row and
  • Fig. 4 shows an arrangement according to the invention of three individual RC elements in exactly two planes.
  • Fig. 1 shows an arrangement of the individual RC elements according to the invention.
  • Three RC elements RC each of which has a series connection of a resistor and a capacitor, are arranged with their main surfaces parallel to one another.
  • the RC elements are each designed for a medium voltage of up to 36 kV.
  • the RC elements each have two electrical ones Connections on , a housing connection GA and a feedthrough connection DA.
  • a feedthrough connection DA is arranged at the end of the feedthrough D facing away from the housing G.
  • the bushing D itself may be arranged on the housing G outside the center of its fastening surface.
  • the feedthrough connections DA of several RC elements face one side.
  • the feedthrough connections DA of adjacent RC elements can be offset from one another, in particular aligned to the right or left, for improved interconnection of the RC elements.
  • the RC elements can be stacked on top of one another or arranged horizontally next to one another. This allows adaptation to the respective space conditions in a substation.
  • the RC elements can be attached by support insulators (not shown in the figure). These serve on the one hand to provide mechanical strength and on the other to maintain the distance to the voltage insulation.
  • Figure 2 shows a second possible arrangement of the individual RC elements, in which the bushings D of the discrete RC elements are arranged alternately at the front and rear. To improve the connection of the various RC elements, the bushings are arranged alternately on the left and right.
  • the RC elements can be stacked on top of one another or arranged horizontally next to one another. This allows adaptation to the respective space conditions in a substation.
  • the RC elements can be attached by support insulators (not shown in the figure). These serve on the one hand to provide mechanical strength and on the other to maintain the distance to the voltage insulation.
  • Figure 3 shows an arrangement in which the RC elements are stacked vertically one on top of the other, but are also arranged with their bushings D in a row. There are two options here:
  • the bushings D are arranged alternately to the left and right.
  • the housing G of the lowest RC element is directly connected to a base that carries earth potential. This arrangement requires only two support insulators SI for three RC elements.
  • Figure 4 shows a particularly compact arrangement of the RC elements.
  • the elements are next to each other on exactly two levels. They are arranged upright and the connection is from an element on the left to an element on the right.
  • the bushings could always be arranged on one side (as shown in the figure) or alternately (front/back).
  • the housing G of the lowest RC element is directly connected to a ground surface that carries ground potential.
  • the series connection of the RC elements can be further developed in such a way that a high-value resistor with the same resistance value is connected in parallel to each RC element. This ensures that the high voltage HV is evenly distributed among the individual RC elements.
  • An RC element can be a commercially available MV APP type from TDK Electronics AG.
  • High voltage in the sense of the invention is understood to mean a voltage of 72.5 kV (kilovolts) and higher, including direct current, alternating current and, if three-pole, also three-phase current.
  • the present invention has been explained in detail for illustrative purposes using specific embodiments. Elements of the individual embodiments can also be combined with one another. The invention should therefore not be restricted to individual embodiments, but should only be restricted by the appended claims.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung schafft eine Schaltungsanordnung von für Mittelspannung ausgelegten RC-Elementen zur Realisierung einer RC-Filterkreis-Lösung zum Schalten von kleinen induktiven Strömen mittels Hochspannungs-Vakuumschalttechnik im Hochspannungsbereich >= 72,5 kV. Vorteilhafte Weiterbildungen betreffen spezifische Anordnungen für den begrenzten Bauraum in einem Umspannwerk.

Description

Beschreibung
Anordnung von für Mittelspannung ausgelegten RC-Elementen für das Schalten von kleinen induktiven Strömen mittels Vakuumschalttechnik auf Hochspannungsebene
Die Erfindung betri f ft eine Anordnung von für Mittelspannung ausgelegten RC-Elementen zur Realisierung einer RC-Filterkreis-Lösung zum Schalten von kleinen induktiven Strömen mittels Hochspannungs-Vakuumschalttechnik .
Beim Schalten von kleinen induktiven Strömen, wie sie bei Drosselanwendungen in den Hochspannungsnetzen ( >= 72 , 5 kV) auftreten, sind besondere Schutzmaßnahmen notwendig . Die Schaltaufgabe birgt die Gefahr, dass transiente Überspannungen die Komponenten des Umspannwerks zerstören können . Hier ist speziell die Drossel selbst einer gewissen Gefahr ausgesetzt . Als Schaltmedien sind beispielsweise Gasschalter und Vakuumschaltgeräte gegeben .
In den Hochspannungsnetzen werden überwiegend SF6-Leistungs- schalter verwendet . Bei diesen Anwendungs fällen werden die Gasschalter nicht ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen betrieben . Diese Maßnahmen dienen der Reduzierung der während des Schaltvorganges auf tretenden Überspannungen .
Bisher sind Anwendungen zum Drosselschalten in den Hochspannungsnetzen ( >= 72 , 5 kV) mit einer Kombination aus einem elektronischen Steuergerät ( steuert den exakten Zeitpunkt der Einschaltung oder Ausschaltung) und einem SF6-Leistungs- schalter mit Einzelpolantrieb bedient worden . Die Lösung ist kostenintensiv, erfordert einen erhöhten Aufwand bei der Inbetriebsetzung und birgt das Risiko , dass sich die im Steuergerät hinterlegten Daten des Leistungsschalters , wie zum Beispiel die Eigenzeiten des Schalters , im Verlaufe des Betriebs - über die Jahrzehnte - verändern . Damit könnte der optimale Schalt Zeitpunkt verändert sein und die Funktion der Anordnung von Einzelpol-getriebenem Leistungsschalter und elektronischem Steuergerät beeinträchtigt sein . Der Erfindung liegt das Problem zugrunde , eine Lösung anzugeben, wie ein RC-Filterkreis in der elektrischen Hochspannungs-Energieübertragung, bei der die Hochspannung (HV) größer oder gleich 72 , 5 Kilovolt beträgt , eingesetzt werden kann . Des Weiteren ist die Erfindung darauf gerichtet , Varianten für die Anordnung der RC-Elemente für ein ef fi zientes Einfügen in den begrenzten Bauraum in einer Umspannwerk- Architektur anzugeben .
Das Problem wird durch eine Schaltungsanordnung einer Mehrzahl von RC-Elementen umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .
Die Nutzung eines RC-Filterkreises (Reihenschaltung aus Widerstand R und Kondensator C ) kann die Auswirkung transienter Überspannungen deutlich reduzieren . Eine solche Lösung wird in der Mittelspannung seit vielen Jahren verwendet und ist dort Stand der Technik . Folglich sind auch RC-Filterkreiskomponenten für die Mittelspannungsebene verfügbar .
Die Übertragung dieser Technik auf die Hochspannungs- Anwendungen erschließt Drosselschaltanwendungen auch für Hochspannungs-Vakuumschaltgeräte . Die erfindungsgemäße Anordnung verfügbarer, diskreter Mittelspannungs-Freiluf t-RC- Elemente stellt eine ef fi ziente Methode dar, um auch Hochspannungs-Anwendungen bedienen zu können . Die ef fi ziente Anordnung dieser RC-Elemente kann besonders geeignet sein, um in die entsprechende Umspannwerk-Architektur integriert zu werden . Hier ist vorhandener Bauraum knapp .
Die bestehenden RC-Lösungen der Mittelspannung decken im Wesentlichen die Spannungsbereiche bis 36 kV ab . Um eine Ausweitung auf die Hochspannung möglich zu machen, werden mehrere dieser Elemente erfindunggemäß miteinander verschaltet .
Die R- und C-Elemente mögen gemeinsam in einem metallischen Gehäuse G untergebracht sein . Dieses Gehäuse verfügt über eine freiluft feste Durchführung D . Die elektrische Reihenschal- tung von solchen diskreten Komponenten macht eine Verwendung in höheren Spannungsebenen möglich .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein RC-Element durch einen Stützisolator oder mehrere Stützisolatoren S I befestigt . Dies dient zum einen der mechanischen Festigkeit und zum anderen der Einhaltung des Abstandes zur Spannungs isolation .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die Erfindung wird im Folgenden als Aus führungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert .
Dabei zeigen :
Fig 1 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC- Elemente mit zur gleichen Seite ausgerichteten Durchführungen,
Fig 2 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC- Elemente mit zu entgegengesetzten Seiten ausgerichteten Durchführungen,
Fig 3 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC- Elemente mit in einer Reihe ausgerichteten Durchführungen und
Fig 4 eine erfindungsgemäße Anordnung dreier einzelner RC- Elemente in genau zwei Ebenen .
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente .
Fig 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen RC- Elemente . Drei RC-Elemente RC, die j eweils eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator aufweisen, sind mit ihren Hauptflächen parallel zueinander angeordnet . Die RC-Elemente sind j eweils für eine Mittelspannung bis 36 kV ausgelegt . Die RC-Elemente weisen j eweils zwei elektrische Anschlüsse auf , einen Gehäuseanschluss GA und einen Durchführungsanschluss DA. Ein Durchführungsanschluss DA ist an dem vom Gehäuse G abgewandten Ende der Durchführung D angeordnet . Die Durchführung D selbst mag an dem Gehäuse G außerhalb der Mitte ihrer Befestigungs fläche angeordnet sein .
Bei der Anordnung nach Fig 1 sind die Durchführungsanschlüsse DA mehrerer RC-Elemente einer Seite zugewandt . Die Durchführungsanschlüsse DA benachbarter RC-Elemente können versetzt zueinander, insbesondere nach rechts beziehungsweise links ausgerichtet , zur verbesserten Verschaltung der RC-Elemente angeordnet sein . Die RC-Elemente können übereinandergestapelt oder auch hori zontal nebeneinandergestellt angeordnet werden . Dies gestattet eine Anpassung an die j eweiligen Platzverhältnisse in einem Umspannwerk . Die RC-Elemente mögen durch nicht in der Figur dargestellte Stützisolatoren befestigt sein . Diese dienen zum einen der mechanischen Festigkeit und zum anderen der Einhaltung des Abstandes zur Spannungsisolation .
Figur 2 stellt eine zweite mögliche Anordnung der einzelnen RC-Elemente dar, bei der die Durchführungen D der diskreten RC-Elemente alternierend vorne und hinten angeordnet sind . Zur besseren Verschaltung der verschiedenen RC-Elemente sind die Durchführungen abwechselnd links und rechts angeordnet . Die RC-Elemente können übereinandergestapelt oder auch horizontal nebeneinandergestellt angeordnet werden . Dies gestattet eine Anpassung an die j eweiligen Platzverhältnisse in einem Umspannwerk . Die RC-Elemente mögen durch nicht in der Figur dargestellte Stützisolatoren befestigt sein . Diese dienen zum einen der mechanischen Festigkeit und zum anderen der Einhaltung des Abstandes zur Spannungsisolation .
In Figur 3 ist eine Anordnung dargestellt , bei der die RC- Elemente senkrecht übereinandergestapelt , aber auch mit ihren Durchführungen D in Reihe angeordnet sind . Hier gibt es zwei Möglichkeiten :
Wie in der Figur links dargestellt sind die Durchführungen D nach links und rechts alternierend angeordnet . Auf der j eweils anderen Seite des RC-Elements ist entsprechend ein Stützisolator S I angeordnet , der die Kräfte der gestapelten Elemente aufnimmt . Das Gehäuse G des untersten RC-Elementes ist unmittelbar mit einer Erdpotential führenden Standfläche verbunden . Diese Anordnung erfordert für drei RC-Elemente nur zwei Stützisolatoren S I .
Es gibt j edoch auch die Variante , in Figur 3 rechts dargestellt , dass alle Durchführungen D auf einer Seite angeordnet sind und auf der anderen Seite alle Stützisolatoren S I angeordnet werden . Das unterste RC-Element ist mit dem Durchführungsanschluss DA seiner Durchführung D unmittelbar mit einer Erdpotential führenden Standfläche verbunden . Diese Anordnung erfordert für drei RC-Elemente drei Stützisolatoren S I .
Figur 4 zeigt eine besonders kompakte Anordnung der RC- Elemente . Hier stehen die Elemente in genau zwei Ebenen nebeneinander . Sie sind hochkant angeordnet und die Verschaltung erfolgt von einem Element links zu einem Element rechts . Auch hier könnten die Durchführungen immer auf einer Seite angeordnet sein (wie in der Figur dargestellt ) oder auch alternierend (vorne / hinten) . Das Gehäuse G des untersten RC- Elementes ist unmittelbar mit einer Erdpotential führenden Standfläche verbunden .
Die Reihenschaltung der RC-Elemente kann so weitergebildet sein, dass zu j edem RC-Element ein hochohmiger Widerstand mit gleichem Widerstandswert parallelgeschaltet ist . Dies stellt sicher, dass die Hochspannung HV gleichmäßig auf die einzelnen RC-Elemente verteilt wird .
Ein RC-Element kann durch ein handelsübliches vom Typ MV APP der Firma TDK Electronics AG gegeben sein .
Unter Hochspannung im Sinne der Erfindung wird eine Spannung von 72 , 5 kV ( kilo Volt ) und größer verstanden, umfassend Gleichspannung, Wechselspannung, wenn dreipolig auch Drehstrom . Die vorliegende Erfindung wurde zu I llustrations zwecken anhand von konkreten Aus führungsbeispielen im Detail erläutert . Dabei können Elemente der einzelnen Aus führungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden . Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Aus führungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren .
Bezugs zeichenliste
D - Durchführung/Ausleitung/Spannungs-Durchführung
DA - Durchführungsanschluss EP - Erdpotential , Masse
G - Gehäuse
HV - Hochspannung, high voltage
SI - Stützisolator

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Einsatz von für Mittelspannung ausgelegten elektrischen RC-Elementen in der elektrischen Hochspannungs-Energieübertragung, bei der die Hochspannung (HV) größer oder gleich 72,5 Kilovolt beträgt, dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s zwischen einem die Hochspannung (HV) führenden Leiter und Erdpotential (EP) eine Reihenschaltung umfassened eine Mehrzahl von RC-Elementen angeordnet ist und die Summe der Spannungsfestigkeiten der Mehrzahl von RC- Elementen größer als die Hochspannung (HV) ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s ein jeweiliges RC-Element ein quaderförmiges, insbesondere metallisches, Gehäuse (G) aufweist, auf einer Seite des Gehäuses eine freiluft feste Spannungs- Durchführung (D) angeordnet ist, ein erster Anschluss (GA) an dem Gehäuse und ein zweiter Durchführungsanschluss (DA) durch die Spannungs-Durchführung (D) gegeben sind, in dem Gehäuse eine Reihenschaltung aus mindestens einem elektrischen Widerstand und mindestens einem Kondensator angeordnet ist, die mit dem ersten Anschluss (GA) beziehungsweise mit dem zweiten Durchführungsanschluss (DA) verbunden ist .
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s die Spannungs-Durchführung (D) auf einer Stirnseite des Gehäuses außermittig angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s die RC-Elemente mit ihren Hauptflächen einander zugewandt und ihre Spannungs-Durchführung (D) auf einer Gehäuseseite ab- wechelnd versetzt zueinander angeordnet sind. (FIGI)
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s die RC-Elemente mit ihren Hauptflächen einander zugewandt und ihre Spannungs-Durchführung (D) abwechelnd auf entgegengesetzten Gehäuseseiten angeordnet sind. (FIG2)
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s ein RC-Element an die Spannungs-Durchführung (D) eines benachbarten RC-Elementes angereiht ist. (FIG3)
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5 dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s die RC-Elemente mit ihren Hauptflächen in genau zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und RC-Elemente unterschiedlicher Ebenen aufeinander folgend elektrisch verbunden sind. (FIG4)
8. Schaltungsanordnung einem der vorstehenden Ansprüche dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s ein RC-Element durch einen Stützisolator (SI) befestigt ist.
9. Schaltungsanordnung einem der vorstehenden Ansprüche dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s jedem RC-Element ein hochohmiger Widerstand mit gleichem Widerstandswert parallelgeschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung einem der vorstehenden Ansprüche dadur ch ge kenn z e i chne t , da s s sie mit einem eine Drossel schaltenden Hochspannungs- Vakuumschaltgerät verschaltet ist.
EP23765255.7A 2022-09-27 2023-09-05 Anordnung von für mittelspannung ausgelegten rc-elementen für das schalten von kleinen induktiven strömen mittels vakuumschalttechnik auf hochspannungsebene Pending EP4559062A1 (de)

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