DE4207983A1

DE4207983A1 - Reaktorschalter

Info

Publication number: DE4207983A1
Application number: DE4207983A
Authority: DE
Inventors: Erich Ruoss; Georg Schett
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-09-16
Also published as: BR9301140A; FR2688623B1; ITMI930482A0; CA2088833A1; US5353186A; ITMI930482A1; FR2688623A1; IT1272018B; CH685079A5

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Reaktorschalter zum Ein- und Ausschalten eines in einem mehrphasigen elektrischen Hochspannungsnetz angeordneten Reaktors, bei dem phasenweise zwischen Reaktor und einem Teil des Netzes, wie beispielsweise einer Hochspannungsleitung, Schalterpole vorgesehen sind mit jeweils mindestens zwei in Serie geschalteten Schaltkammern, zu denen mindestens zwei in Serie geschaltete Varistoren parallelgeschaltet sind.

Stand der Technik

Ein Reaktorschalter der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus US-A-48 31 487 bekannt. Bei diesem Reaktorschalter sind über die in Serie geschalteten Schaltkammern eines Schalterpoles Varistoren auf der Basis von Metalloxid geschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß die beim Abschalten eines Reaktors in einem Hochspannungsnetz nach einem Löschvorgang wiederkehrende Spannung nur auf einen bestimmten Wert ansteigt. Bei einer bei kleinen Kontaktdistanzen möglicherweise auftretenden Rückzündung kann dann die Steilheit einer hochfrequenten Rückzündtransienten auf ein vorgegebenes Maß begrenzt und somit die Isolation des Reaktors vor unzulässig hohen dielektrischen Belastungen geschützt werden.

Es ist möglich, daß die Rückzündung nicht in allen in Serie geschalteten Schaltkammern des Schalterpols auftritt, sondern nur in einem Teil dieser Schaltkammern. Der Rückzündungsstrom fließt dann über die rückgezündeten Schaltkammern, diejenigen Varistoren, die parallel zu den rückzündungsfreien Schaltkammern geschaltet sind, und im allgemeinen auch über den Reaktor. Eine energiemäßige Überlastung der stromführenden Varistoren ist hierbei grundsätzlich nicht zu befürchten, da der Reaktor den Rückzündungsstrom begrenzt. Es ist aber auch möglich, daß zwischen Reaktorschalter und Reaktor ein Kurzschluß auftritt und der Rückzündungsstrom nun nicht mehr durch den Reaktor begrenzt wird. In einem solchen Fall ist eine energiemäßige Überlastung der den Rückzündungsstrom führenden Varistoren gegebenenfalls nicht auszuschließen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, einen Reaktorschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem problemlos zwischen dem Schalter und dem Reaktor auftretende Kurzschlüsse abgeschaltet werden können.

Der Reaktorschalter nach der Erfindung ist vergleichsweise einfach aufgebaut und beherrscht insbesondere auch das Abschalten eines zwischen dem Schalter und dem Reaktor auftretenden Kurzschlusses. Dies ist dadurch bedingt, daß die Varistoren und Schaltkammern in Form eines vom Hochspannungsnetz strom- und spannungsmäßig beaufschlagten Netzwerkes zusammengeschaltet sind, bei dem bei Rückzündung eines Teils der Schaltkammern die Energie, die denjenigen Varistoren zugeführt wird, welche zu den rückzündungsfreien Schaltkammern parallelgeschaltet sind, geringer ist als bei einem Reaktorschalter mit einem entsprechend beaufschlagten Netzwerk, bei dem jedoch jede der Schaltkammern durch einen der Varistoren überbrückt ist.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines dreiphasigen Hochspannungsnetzes mit einem gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Reaktorschalter,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Schalterpols einer im Hochspannungsnetz gemäß Fig. 1 anstelle des Reaktorschalters nach dem Stand der Technik angeordneten ersten Ausführungsform des Reaktorschalters nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Kennlinienfeld eines Varistors sowie mehrerer in Serie geschalteter Varistoren des Reaktorschalters gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Schalterpols einer im Hochspannungsnetz gemäß Fig. 1 anstelle des Reaktorschalters nach dem Stand der Technik angeordneten zweiten Ausführungsform des Reaktorschalters nach der Erfindung, und

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Schalterpols einer im Hochspannungsnetz gemäß Fig. 1 anstelle des Reaktorschalters nach dem Stand der Technik angeordneten dritten Ausführungsform des Reaktorschalters nach der Erfindung.

In allen Figuren sind gleichwirkende Teile auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das in Fig. 1 dargestellte Hochspannungsnetz enthält eine dreiphasige Hochspannungsleitung 1 und einen dreiphasigen Reaktor 2, deren einander entsprechenden Phasen jeweils über Schalterpole 3 eines Reaktorschalters miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind. Die Schalterpole 3 sind jeweils gleichartig aufgebaut und enthalten jeweils zwei, gegebenenfalls aber auch mehr, in Serie geschaltete Schaltkammern 4, 5. Parallel zu jeder der beiden Schaltkammern 4, 5 ist jeweils ein - vorzugsweise als Varistor 6, 7 ausgebildetes - spannungsbegrenzendes Element geschaltet. Jeder Varistor enthält in säulenförmigen Stapeln angeordnete Varistorscheiben aus vorzugsweise überwiegend Zinkoxid enthaltenden Metalloxiden. Parallel zu den einzelnen Phasen des Reaktors 2 ist noch eine Kapazität 8 dargestellt, welche im wesentlichen durch die Eigen kapazität der einzelnen Phasen des Reaktors 2 gegeben ist.

Beim Ausschalten des Reaktorschalters steigt die nach der Lichtbogenlöschung wiederkehrende Spannung wegen der über den Schaltkammern 4, 5 liegenden Varistoren 6, 7 nur auf einen bestimmten Wert an. Bei einer bei kleinen Kontaktdistanzen gegebenenfalls auftretenden Rückzündung kann dann die Steilheit einer hochfrequenten Rückzündtransienten auf ein vorgegebenes Maß begrenzt und somit die Isolation des Reaktors 2 vor unzulässig hohen dielektrischen Belastungen geschützt werden.

Tritt die Rückzündung nicht in allen in Serie geschalteten Schaltkammern 4, 5 des Schalterpols 3 auf, sondern beispielsweise nur in der Schaltkammer 4, so fließt der Rückzündstrom über die rückgezündete Schaltkammer 4, den Varistor 7 und normalerweise auch über den Reaktor 2. Eine energiemäßige Überlastung des stromführenden Varistors 7 ist in diesem Fall insofern nicht zu befürchten, als der Reaktor 2 den Rückzündungsstrom begrenzt. Tritt hingegen zwischen Reaktorschalter und Reaktor 2 ein Kurzschluß auf, so wird der Rückzündungsstrom nun nicht mehr durch den Reaktor 2 begrenzt wird. In einem solchen Fall ist eine energiemäßige Überlastung des den Rückzündungsstrom führenden Varistors nicht auszuschließen.

Der in Fig. 2 dargestellte Schalterpol 3 eines Reaktorschalters nach der Erfindung weist zwei Isolatorsäulen 9, 10 auf. Zwei in Serie geschaltete erste Schaltkammern 11, 12 sind auf der Isolatorsäule 9 und zwei in Serie geschaltete zweite Schaltkammern 13, 14 sind auf der Isolatorsäule 10 befestigt. Die Serienschaltung der beiden ersten Schaltkammern 11, 12 ist von in Serie geschalteten ersten Varistoren 15, 16 und einem dritten Varistor 17 überbrückt. Die Serienschaltung der beiden zweiten Schaltkammern 13, 14 ist von in Serie geschalteten zweiten Varistoren 18, 19 und dem dritten Varistor 17 überbrückt. Hierbei ist der dritte Varistor 17 mit seinem einen Ende an eine Stromverbindung 20 zwischen den ersten 11, 12 und den zweiten Schaltkammern 13, 14 und mit seinem anderen Ende an eine Stromverbindung 21 zwischen den ersten 15, 16 und den zweiten Varistoren 18, 19 angeschlossen. Die Varistoren 15, 16, 17, 18 und 19 sind mit einem Teil ihrer elektrischen Anschlüsse auf V- bzw. N-förmig angeordneten Hilfsisolatoren 22, 23 abgestützt, die an den beiden Isolatorsäulen befestigt sind.

Die ersten 11, 12 und zweiten Schaltkammern 13, 14, die ersten 15, 16 und zweiten Varistoren 18, 19 sowie der dritte Varistor 17 bilden ein in Form einer Brücke angeordnetes Netzwerk. Die vier Brückenzweige werden der Reihe nach von den ersten Schaltkammern 11, 12, den zweiten Schaltkammern 13, 14, den ersten Varistoren 15, 16 und den zweiten Varistoren 18, 19 gebildet. In der Brückendiagonale ist der dritte Varistor 17 angeordnet. Die Varistoren 15 bis 19 weisen nahezu gleiche Strom-Spannungs- Kennlinien, nahezu gleiche Restspannung und nahezu gleiche Energieaufnahmefähigkeit auf. Die ersten 15, 16 und zweiten Varistoren 18, 19 sind zudem derart bemessen, daß bei einer Rückzündung der beiden ersten 11, 12 und der beiden zweiten Schaltkammern 13, 14 die Steilheit der Rückzündtransienten durch Begrenzung der wiederkehrenden Spannung auf einen mit der elektrischen Isolation des Reaktors 2 verträglichen Wert beschränkt ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Schalterpol wirkt wie folgt: Werden beim Ausschalten des Reaktors 2 alle vier Schaltkammern 11 bis 14 rückgezündet, so begrenzen die vier in Serie geschalteten Varistoren 15, 16, 18 und 19 die wiederkehrenden Spannung und beschränken damit die Steilheit der Rückzündtransienten auf einen mit der Isolation des Reaktors 2 verträglichen Wert. Die Varistoren nehmen hierbei praktisch keine Energie auf.

Wird beim Ausschalten des Reaktors 2 hingegen lediglich ein Teil der Schaltkammern, z. B. die beiden ersten Schaltkammern 11, 12 rückgezündet, so fließt der Rückzündungsstrom von der Hochspannungsleitung 1 über die beiden rückgezündeten ersten Schaltkammern 11, 12, den dritten Varistor 17, die Stromverbindung 21 und die zweiten Varistoren 18, 19 normalerweise in den Reaktor 2. Dieser Strom wird durch den Reaktor 2 derart begrenzt, daß die drei stromführenden zweiten Varistoren 17, 18, 19 keine besonders große Energie aufnehmen müssen. Beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen Reaktorschalter und Reaktor 2 fällt hingegen die gesamte Netzspannung über den drei Varistoren 17, 18 und 19 ab. Diese drei Varistoren können im Gegensatz zu einem Reaktorschalter nach dem Stand der Technik den durch die Netzspannung hervorgerufenen Strom führen, ohne hierbei zuviel Energie aufzunehmen. Dies wird anhand des Kennlinienfeldes gemäß Fig. 3 erklärt.

In Fig. 3 bezeichnet U eine an vier Varistoranordnungen mit Strom-Spannungs-Kennlinien a, b, c und d anliegende Spannung und I einen durch diese Anordnungen fließenden Strom. Die vier Varistoranordnungen mit den Kennlinien a, b, c und d enthalten in Serie geschaltet der Reihe nach einen, zwei, drei oder vier gleichartig aufgebaute Varistoren. Bei Verwendung in Hochspannungsnetzen bis 800 kV kann ein solcher Varistor typischerweise eine Energie von einem 1 MJ aufnehmen. Bei Hochspannungsnetzen bis 800 kV werden zweckmäßigerweise vier in Serie geschaltete Varistoren verwendet, wie dies durch die Varistoren 15, 16, 18 und 19 beim Schalterpol gemäß Fig. 2 gezeigt ist. Diese vier Varistoren 15, 16, 18 und 19 können typischerweise eine Energie von 4 MJ aufnehmen. Eine die vier in Serie geschalteten Varistoren enthaltende Varistoranordnung weist die in Fig. 3 angegebene Kennlinie d auf. Eine lediglich die drei Varistoren 17, 18 und 19 bzw. die zwei Varistoren 18 und 19 enthaltende Varistoranordnung weist die in Fig. 3 angegebenen Kennlinien c bzw. b auf.

Beim rückzündungsfreien Abschalten des Reaktors 2 in einem Hochspannungsnetz von beispielsweise 800 kV Nennspannung liegt an den vier Varistoren 15, 16, 18 und 19 eine Spannung von etwa 700 kV Scheitelwert an. Aus der Kennlinie d ist zu entnehmen, daß diese Spannung einen Strom in der Varistoranordnung im µA- bis mA-Bereich hervorruft. Dieser Strom erwärmt die Varistoren lediglich in einer für den Dauerbetrieb zulässigen Weise.

Beim Abschalten eines zwischen Reaktorschalter und Reaktor 2 auftretenden Kurzschlusses kann bei Rückzündung der beiden ersten Schaltkammern 11, 12 an den drei Varistoren 17, 18 und 19 eine Spannung mit einem Scheitelwert bis zu 900 kV anliegen. Aus der Kennlinie c ist zu entnehmen, daß diese Spannung einen größeren, im Amperebereich liegenden, Strom und damit eine höhere Erwärmung hervorruft als im Falle des rückzündungsfreien Abschaltens. Diese Erwärmung kann jedoch problemlos von der der Kennlinie c zugeordneten Varistoranordnung aufgenommen werden.

Beim Schalter nach dem Stand der Technik befinden sich beim Rückzünden der beiden Schaltkammern 11 und 12 hingegen lediglich zwei Varistoren im Pfad des Kurzschlußstromes. Aus der Kennlinie b ist zu entnehmen, daß die Netzspannung in diesem Fall einen Varistorstrom im Kiloamperebereich zur Folge hat. Da der Rückzündungsstrom nach einer oder zwei Halbwellen der treibenden Spannung, d. h. erst nach bis zu 20 ms verschwindet, kann diese Varistoranordnung während des Rückzündens mit einer unzulässig hohen Energie von mehreren MJ belastet werden.

Der erfindungsgemäße Reaktorschalter kann auch wie in Fig. 4 dargestellt ist ausgeführt sein. Hierbei ist der dritte Varistor 17 symmetrisch zu den ersten 15, 16 und zweiten Varistoren 18, 19 angeordnet und wird dieser Varistor einerseits von den Varistoren 16 und 18 und andererseits von der Stromverbindung 20 zwischen den ersten 11, 12 und zweiten Schaltkammern 13, 14 gehalten. Bei dieser wie auch bei der Anordnung nach Fig. 2 können die ersten 15, 16 und die zweiten Varistoren 18, 19 gleiche Restspannung aufweisen, und kann der dritte Varistor 17 je nach Bemessung eine mehr oder weniger niedrigere Restspannung als die ersten und zweiten Varistoren aufweisen.

In seiner einfachsten Ausführungsform enthält der Reaktorschalter nach der Erfindung ein Netzwerk, bei dem ein Schalterpol - wie bei der Isolatorsäule 9 gemäß Fig. 5 dargestellt ist - zwei in Serie geschaltete und auf der Isolatorsäule 9 befestigte Schaltkammern 11 und 12 sowie zwei in Serie geschaltete, die Serienschaltung der beiden Schaltkammern 11, 12 überbrückende Varistoren 15, 16 umfaßt.

In Abwandlung der Erfindung ist es auch möglich, ein Netzwerk mit mehr als vier, beispielsweise fünf oder sechs, Schaltkammern und und mehr als fünf Varistoren vorzusehen.

Bezeichnungsliste

1 Hochspannungsleitung
2 Reaktor
3 Schalterpol
4, 5 Schaltkammern
6, 7 Varistoren
8 Kapazität
9, 10 Isolatorsäulen
11, 12 erste Schaltkammern
13, 14 zweite Schaltkammern
15, 16 erste Varistoren
17 dritter Varistor
18, 19 zweite Varistoren
20, 21 Stromanschlüsse
22, 23 Hilfsisolatoren

Claims

1. Reaktorschalter zum Ein- und Ausschalten eines in einem mehrphasigen elektrischen Hochspannungsnetz angeordneten Reaktors (2), bei dem phasenweise zwischen Reaktor (2) und einem Teil des Netzes, wie beispielsweise einer Hochspannungsleitung (1), Schalterpole (3) vorgesehen sind mit jeweils mindestens zwei in Serie geschalteten Schaltkammern (11, 12; 13, 14), zu denen mindestens zwei in Serie geschaltete Varistoren (15, 16, 17, 18, 19) parallelgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Varistoren und die mindestens zwei Schaltkammern in Form eines vom Hochspannungsnetz strom- und spannungsmäßig beaufschlagten Netzwerkes zusammengeschaltet sind, bei dem bei Rückzündung eines Teils (11, 12) der mindestens zwei Schaltkammern die Energie, die denjenigen Varistoren (17, 18, 19) zugeführt wird, welche zu den rückzündungsfreien Schaltkammern (13, 14) parallelgeschaltet sind, geringer ist als bei einem Reaktorschalter mit einem entsprechend beaufschlagten Netzwerk, bei dem jedoch jede der mindestens zwei Schaltkammern durch mindestens einen der mindestens zwei Varistoren überbrückt ist.

2. Reaktorschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Netzwerk, bei dem zwei in Serie geschaltete Schaltkammern (11, 12) auf einer Isolatorsäule (9) befestigt sind, und bei dem die Serienschaltung der beiden Schaltkammern (11, 12) mittels der mindestens zwei in Serie geschalteten Varistoren (15, 16) überbrückt ist (Fig. 5).

3. Reaktorschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Netzwerk, bei dem zwei in Serie geschaltete erste Schaltkammern (11, 12) auf einer ersten Isolatorsäule (9) und zwei in Serie geschaltete zweite Schaltkammern (13, 14) auf einer zweiten Isolatorsäule (10) befestigt sind, und bei dem die Serienschaltung der beiden ersten Schaltkammern (11, 12) von zwei in Serie geschalteten ersten Varistoren (15, 16) und einem dritten Varistor (17) und die Serienschaltung der beiden zweiten Schaltkammern (13, 14) von zwei in Serie geschalteten zweiten Varistoren (18, 19) und dem dritten Varistor (17) überbrückt ist, wobei der dritte Varistor (17) mit seinem einen Ende an eine Stromverbindung (20) zwischen den ersten (11, 12) und den zweiten Schaltkammern (13, 14) und andererseits an eine Stromverbindung (21) zwischen den ersten (15, 16) und den zweiten Varistoren (18, 19) angeschlossenen ist.

4. Reaktorschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Varistoren mit einem Teil ihrer elektrischen Anschlüsse auf Hilfsisolatoren (22, 23) abstützen, die an den beiden Isolatorsäulen (9, 10) befestigt sind.

5. Reaktorschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei ersten Varistoren (15, 16) und der dritte Varistor (17) auf der ersten Isolatorsäule (9) und die zwei zweiten Varistoren (18, 19) auf der zweiten Isolatorsäule (10) angeordnet sind (Fig. 2).

6. Reaktorschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Varistor (17) symmetrisch zu den ersten (15, 16) und zweiten Varistoren (17, 18) angeordnet ist und einerseits von einem (16) der ersten und einem (18) der zweiten Varistoren und andererseits von der Stromverbindung (20) zwischen ersten und zweiten Schaltkammern gehalten ist (Fig. 4).

7. Reaktorschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Varistoren derart bemessen sind, daß bei einer Rückzündung der beiden ersten und der beiden zweiten Schaltkammern die Steilheit der Rückzündtransienten durch Begrenzung der wiederkehrenden Spannung auf einen mit der elektrischen Isolation des Reaktors verträglichen Wert beschränkt ist.

8. Reaktorschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistoren gleichartig ausgebildet sind.

9. Reaktorschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Varistoren jeweils gleiche Restspannung aufweisen, und daß der dritte Varistor eine niedrigere Restspannung als jeder der ersten und zweiten Varistoren aufweist.