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Dokumentenidentifikation DE19506354A1 19.09.1996
Titel Verfahren zur Feststellung und Beseitigung von Erdschlußlichtbogen in einpolig gekapselten Schaltanlagen von gelöschten elektrischen Netzen
Anmelder Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH, 60596 Frankfurt, DE
Erfinder Karrenbauer, Herbert, Dr., 34266 Niesetal, DE;
Wagenbach, Wolfgang, 63633 Birstein, DE
DE-Anmeldedatum 23.02.1995
DE-Aktenzeichen 19506354
Offenlegungstag 19.09.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.1996
IPC-Hauptklasse H02B 13/065
IPC-Nebenklasse H02B 13/075   
IPC additional class // H01H 33/26  
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Feststellung und Beseitigung von Erdschlußlichtbögen in einpolig gekapselten Schaltanlagen von gelöschten elektrischen Netzen. In der einpolig gekapselten Schaltanlage (21) wird jeweils Lichtbogensensoren (22) für die drei Phasenleiter vorgesehen. Beim Ansprechen eines einen Phasenleiter des Netzes zugeordneten Lichtbogensensors (22) aufgrund eines Lichtbogens wird ein in der Schaltanlage (21) für den Phasenleiter vorgesehenen Erder (6) einpolig eingeschaltet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung und Beseitigung von Erdschußlichtbogen in einpolig gekapselten Schaltanlagen von gelöschten elektrischen Netzen.

Bei einpoliger Kapselung gasisolierter Schaltanlagen (GIS) in gelöschten elektrischen Hoch- bzw. Mittelspannungsnetzen ergibt sich der Vorteil, daß nur einpolige Kurzschlußlichtbogen auftreten können. Die auftreten den Lichtbogenströme sind wegen der Erdschlußlöschung durch Erdschlußlösch- bzw. Petersenspulen sehr gering. Je nach Größe und Ausdehnung des Hoch- bzw. Mittelspannungsnetzes, Kompensationsgrad des Netzes usw. liegen die Lichtbögenströme im Bereich von einigen 10 A bis etwa 150 A. Diese kleinen Fehlströme bewirken entsprechend kleine Zerstörungen im Inneren der jeweiligen Schaltanlage.

Um die Auswirkungen von Lichtbogenströmen in einpolig gekapselten Schaltanlagen weiter zu vermindern bzw. schädliche Auswirkungen zu vermeiden, sollte die Lichtbogendauer möglichst gering sein. Aufgrund der geringen Höhe des Fehlerstroms tritt allerdings die Schwierigkeit auf, daß die Lichtbogenerkennung mit den üblichen Netzschutzeinrichtungen nicht oder nur sehr schwer möglich ist. Eine selektive Abschaltung des fehlerbehafteten Netzabschnitts ist deshalb auch bei großem technischen Aufwand mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Wenn ein Lichtbogenfehler in einer einpolig gekapselten, gasisolierten Schaltanlage festgestellt wird, wird nach dem derzeitigen Stand der Technik die gesamte Schaltanlage dreipolig abgeschaltet. Das Abschalten der ganzen Schaltanlage ist für die elektrische Energieversorgung sehr problematisch, da hierdurch eine Reihe von Versorgungsleitungen zu Verbrauchern und Transformatoren abgeschaltet werden und damit ausfallen.

Hier setzt die Erfindung ein, der das Problem zugrunde liegt, einen Lichtboden in einer einpolig gekapselten Schaltanlage eines gelöschten elektrischen Netzes zu erkennen und den Lichtbogen so zu beseitigen, daß nicht die gesamte Anlage abgeschaltet werden muß.

Das Problem wird bei einer einpolig gekapselten Schaltanlage in einem gelösten elektrischen Hoch- oder Mittelspannungsnetz erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Schaltanlage jeweils Lichtbogensensoren für die drei Phasenleiter vorgesehen sind und daß beim Ansprechen eines einer Phase des Netzes zugeordneten Lichtbogensensors aufgrund eines Lichtbogens ein in der Schaltanlage für die Phase vorgesehener Erder eingeschaltet wird. Der Erder, der in einer Schaltanlage eines Hoch- oder Mittelspannungsnetzes ohnedies vorhanden ist, schließt den Leiter kurz, der vom Lichtbogen betroffen ist. Diese Vorgehensweise bringt den Lichtbogen sofort zum Erlöschen. Wegen des geringen Fehlerstroms spielt die Einschaltzeit des Erders nur eine untergeordnete Rolle, so daß auch ein Arbeitserder für die Erdung geeignet ist. Das Hoch- oder Mittelspannungsnetz kann im übrigen bei einpolig geerdeter Phase weiterbetrieben werden, da der geringe Fehlerstrom durch den Erder ungestraft abgeleitet werden kann, bzw. der Fehlerstrom durch das Erlöschen des Lichtbogens beseitigt wird.

Nach der Erdung wird der Fehlerort durch Auswertung der Lage des Lichtbogensensors, der angesprochen hat, analysiert. In Abhängigkeit von der Lage des Lichtbogensensors und der Lage des geerdeten Phasenleiters wird danach der Abschnitt mit dem geerdeten Phasenleiter mit einem Leistungsschalter frei geschaltet und ein redundantes Schaltanlagenteil zur Umgehung des geerdeten Phasenleiters eingeschaltet. Bei einem fehlerbetroffenen Sammelschienenabschnitt in einer Anlage mit Doppelsammelschienen wird insbesondere der Sammelschienen-Kuppelschalter geöffnet, der das betroffene Sammelschienenstück freischaltet. Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird der Ausfall eines Hoch- oder Mittelspannungsnetzes auf ein Mindestmaß beschränkt. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Schaltanlage nach dem Eintritt und Erkennen eines Lichtbogenfehlers in der Anlage für die Energieversorgung uneingeschränkt weiter zur Verfügung steht.

Die oben beschriebenen Maßnahmen zur Freischaltung eines Lichtbogenfehlers können ohne Zeitdruck und zu einem für die Betriebsführung günstigen Zeitpunkt ausgeführt werden.

Vorzugsweise wird bei einpolig gekapselten, gasisolierten Schaltanlagen bei Feststellung eines Lichtbogens ein Erder auf einer Seite eines Leitungsabschnitts einer Phase eingeschaltet, der auf einer Seite einer offenen Trennstrecke angeordnet ist, und danach wird geprüft, ob der Lichtbogensensor immer noch den Lichtbogen anzeigt. Falls noch ein Lichtbogen festgestellt wird, wird der Erder auf der anderen Seite des einpoligen Leitungsabschnitts eingeschaltet. Auf diese Weise wird das fehlerbehaftete Anlagenteil genau lokalisiert und der Lichtbogen beseitigt. In Schaltanlagenräumen, die eine zu öffnende Schaltstrecke aufweisen, kann mit dem von einem Lichtbogensensor erzeugten Signal im allgemeinen nicht unterschieden werden, auf welcher Seite einer offenen Trennstrecke ein Lichtbogenfehler aufgetreten ist. Das oben beschriebene Verfahren erlaubt eine genaue Fehlerlokalisierung auch bei Schaltanlagengasräumen mit Trennstrecken.

Insbesondere werden der oder die Erder an dem vom Lichtbogenfehler betroffenen Phasenleiter einpolig eingeschaltet. Eine dreipolige Einschaltung würde Kurzschlüsse in den fehlerfreien Phasenleitern hervorrufen. Schaltanlagensteuerungen werden im allgemeinen so ausgeführt, daß nur eine dreipolige Abschaltung erfolgt. Eine einpolige Einschaltung eines Erders bedeutet, daß in einer Steuerung mit normalerweise dreipoliger Abschaltung eine Störstellung des Erders gemeldet wird. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß ohne zusätzliche Informationskanäle in einer Warte, von der aus die Schaltanlage fernbedient wird, gemeldet wird, in welcher gasisolierten Schaltanlage und in welchem Abschnitt der Anlage ein Fehler ist.

Wird bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Fehlerlokalisierung bei Vorhandensein von Trennstrecken der Erder wieder ausgeschaltet, wenn der Lichtbogen bei der Einschaltung nicht erlischt, so ist in der Warte auch die Information verfügbar, auf welcher Seite der Trennstrecke der Fehler vorliegt. Dadurch wird in der Warte ohne zusätzlichen Aufwand an Informationskanälen ausreichende Information vorhanden, um die oben beschriebenen Umschalt- und Freischaltmaßnahmen einzuleiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltanlage mit Zweifachsammelschienen,

Fig. 2 ein Schaltbild einer einpoligen Trennstrecke in einer einpolig gekapselten Schaltanlage.

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Doppelsammelschienenanlage mit zwei dreipoligen Sammelschienen, die jeweils einpolig gekapselt sind. Die Schaltanlage gemäß der Fig. 1 ist als vollisolierte Schaltanlage ausgebildet. Das Hoch- oder Mittelspannungsnetz, zu dem die Schaltanlage gehört, ist gelöscht, d. h. es ist eine Erdschlußlösch- oder Peterenspule mit dem Sternpunkt des dreiphasigen Netzes verbunden. Die Schaltanlage gemäß der Fig. 1 enthält zwei Sammelschienen 1, 2, von denen aus Abgänge mit Trennern 3, 4 vorgesehen sind, die an einen Leistungsschalter 5 verbunden sind, dem ein Trenner 6 nachgeschaltet ist. Der abgangsseitige Leitungsabschnitt 7 ist mit einem Erder 8 verbunden. Weitere Erder 33, 34 und 35 sind jeweils an den Sammelschienen vor den Trennern 3, 4 und an der Sammelschiene nach den Trennern 3, 4 angeordnet.

Es ist ein weiterer Abzweig an den Sammelschienen 1, 2 vorgesehen, der in der Zeichnung nicht näher bezeichnet ist. Die Sammelschienen 1, 2 weisen eine aus den Trennern 9, 10, 11, 12 und dem Leistungsschalter 13 bestehende Querkupplung und eine aus den Trennern 14, 15, 16, 17 und dem Leistungsschalter 18 sowie den Trennern 19, 20 bestehende Längskupplung auf. Die Schaltanlage mit den Trennern 3, 4, 6 dem Leistungsschalter 5 und dem Erder 8, die dreipolig vorhanden sind, ist in der Zeichnung mit 21 bezeichnet.

Jedes einpolig gekapselte Anlagenteil der Schaltanlage 21 weist wenigstens einen Lichtbogensensor 22 auf, der mit einer Auswerteinheit 23 verbunden ist, die u. a. den Erder 33 steuert. Lichtbogensensoren sind an sich bekannt. Vorzugsweise werden auf optischer Basis arbeitende Lichtbogensensoren verwendet, wobei eine Auswertschaltung zwischen Schalt- und Störlichtbögen unterscheidet.

Derartige Auswertschaltungen sind ebenfalls an sich bekannt. Bei der vorliegenden Erfindung wird nur die auf Störlichtbogen beruhende Information weiterverarbeitet.

Bei einpolig gekapselten Schaltanlagen kann ein Lichtbogenkurzschluß, wie in der Zeichnung mit einem Pfeil 24 symbolisiert ist, nur zwischen einem Phasenleiter und der geerdeten Kapselung auftreten. Der Kurzschlußstrom ist wegen der Kompensation des Hoch- oder Mittelspannungsnetzes gering. Dieser Lichtbogenstrom wird vom Lichtbogensensor 22 erfaßt und der Auswertschaltung 23 gemeldet. Die Auswertschaltung 23, die der von Lichtbogen betroffenen Phase zugeordnet ist, schaltet den dieser Phase zugeordneten Erder 33 ein, und zwar ebenfalls einpolig. Hierdurch erlischt der Lichtbogen, wenn der Fehler, wie in Fig. 1 dargestellt, an der Sammelschiene vor dem Trenner 3 aufgetreten ist, der geöffnet ist. Nach dem Einschalten des Erders 33 prüft die Auswertanordnung 23, ob vom Lichtbogensensor 22 noch ein Lichtbogen erfaßt wird. Wenn kein Lichtbogen mehr vorhanden ist, wird z. B. der der Sammelschiene 1 vorgeschaltete Leistungsschalter zur Unterbrechung des über den Erder 33 fließenden Stroms geöffnet.

Die Fig. 2 zeigt eine einpolige Trennstrecke 25 in einer einpolig gekapselten Schaltanlage 26, die vollisoliert, d. h. min Löschgas SF 6 gefüllt ist. Die beiderseits an die Trennstrecke 25 anschließenden Sammelschienenabschnitte 27, 28 sind je an einen Erder 29, 30 angeschlossen. Ein Lichtbogensensor 31 ist an eine Auswertschaltung 32 angeschlossen, von der aus die Erder 29, 30 ein- und ausschaltbar sind.

Der Lichtbogensensor 31 erfaßt die Lichtbögen in der einpolig gekapselten Schaltanlage und gibt ein entsprechendes Signal an die Auswertschaltung 32 ab. Diese schaltet dann bei geschlossener Trennstrecke einen der beiden Erder, z. B. den Erder 29 ein. Danach erlischt der Lichtbogen.

Ist die Trennstrecke 25 geöffnet, dann erlischt der Lichtbogen nur dann, wenn er auf der Seite des geschlossenen Erders angeordnet ist. Da nach dem Einschalten des Erders 29 oder 30 noch von der Auswertanordnung 23 geprüft wird, ob der Lichtbogen noch ansteht, wird verhindert, daß ein Lichtbogen unerkannt weiterbrennt.

Falls die Auswerteinheit 32 noch einen Lichtbogen feststellt, betätigt sie auch noch den anderen Erder in der Schaltanlage 26, wodurch der Lichtbogen erlischt. Danach wird durch Umschaltmaßnahmen in der Schaltanlage ein Schaltzustand hergestellt, bei dem der fehlerhafte Abschnitt auf einer Seite von einem oder mehreren an den fehlerbehaftenen Abschnitt angeschlossenen Abschnitten durch Schalteröffnungen getrennt und auf der anderen Seite mit dem äußeren Netz verbunden ist. Durch Öffnen des vorgeschalteten Leistungsschalters wird danach der fehlerbehaftete Abschnitt frei geschaltet.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Feststellung und Beseitigung von Erdschlußlichtbögen in einpolig gekapselten Schaltanlagen von gelöschten elektrischen Netzen, dadurch gekennzeichnet, daß in der einpolig gekapselten Schaltanlage (21) jeweils Lichtbogensensoren (22) für die drei Phasenleiter vorgesehen sind und daß beim Ansprechen eines einen Phasenleiter des Netzes zugeordneten Lichtbogensensors (22) aufgrund eines Lichtbogens ein in der Schaltanlage (21) für den Phasenleiter vorgesehenen Erder (6) einpolig eingeschaltet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Lage des den Lichtbogen erfassenden Lichtbogensensors im Netz der Abschnitt (7) mit dem geerdeten Phasenleiter mit einem Leistungsschalter (5) frei geschaltet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schaltanlage mit Doppelsammelschienen (1,2) der Sammelschienen-Kuppelschalter (20) geöffnet wird, über den das vom Lichtbogen beaufschlagte Sammelschienenstück mit Spannung versorgt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei durch eine Trennstrecke auftrennbaren, einpolig gekapselten Leitungsabschnitten im Falle eines von einem Lichtbogensensor festgestellten Lichtbogens bei offener Trennstrecke ein Erder auf einer Seite der Trennstrecke eingeschaltet und danach geprüft wird, ob der Lichtbogensensor noch einen Lichtbogen anzeigt, wobei im Falle eines noch vorhandenen Lichtbogens der Erder auf der anderen Seite der Trennstrecke geschlossen wird.






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