Schaltüberspannungsminimierungsmethoden in UHV

Schnelle Einbindung von Schaltbegleitreaktoren

Zweck:

Schaltbegleitreaktoren werden hauptsächlich eingesetzt, um die Kapazität langer Übertragungsleitungen auszugleichen, die zu Überspannungen und Blindleistungsproblemen führen können. Sie bieten einen sekundären Vorteil, indem sie beim Anschluss die Schaltüberspannungen reduzieren, dies ist jedoch in der Regel nicht der Hauptgrund, warum Versorgungsunternehmen sie installieren. Die wichtigsten Ziele von Schaltbegleitreaktoren sind:

• Kapazitätsausgleich: Lange Übertragungsleitungen haben eine erhebliche Kapazität, insbesondere bei sehr hohen Spannungen (EHV). Diese Kapazität kann zu Überspannungen führen, besonders bei geringer Last oder wenn die Leitung offen ist. Schaltbegleitreaktoren helfen, diese Überspannungen zu mildern, indem sie eine reaktive Last bereitstellen, die die kapazitiven Effekte ausgleicht.

• Reduzierung von Schaltüberspannungen: Obwohl dies nicht der Hauptzweck ist, können Schaltbegleitreaktoren auch Schaltüberspannungen reduzieren. Wenn ein Schaltgerät geöffnet oder geschlossen wird, können transiente Überspannungen auftreten. Schaltbegleitreaktoren können einige dieser Transienten absorbieren und dadurch die Höhe der Überspannungen reduzieren.

Anwendung:

• Schaltbegleitreaktoren werden in der Regel an Umspannwerken entlang langer Übertragungsleitungen installiert, insbesondere in EHV-Systemen, wo der Kapazitätseffekt ausgeprägter ist.

• Sie werden normalerweise nicht nur zur Reduzierung von Schaltüberspannungen hinzugefügt, da andere Maßnahmen (wie Schließer widerstände oder gesteuertes Schließen) für diesen speziellen Zweck effektiver sind.

Schließer widerstände

Zweck:

Schließer widerstände werden eingesetzt, um das Spannungsaufkommen am Empfängerende einer Übertragungsleitung zu begrenzen, wenn sie unter Spannung gesetzt wird. Das Hauptziel ist es, die Spannung innerhalb akzeptabler Grenzen, in der Regel etwa 2 per unit (p.u.), zu halten, um Schäden an Geräten zu vermeiden und die Systemstabilität sicherzustellen.

Funktionsweise:

• Wenn eine Übertragungsleitung unter Spannung gesetzt wird, kann ein plötzlicher Stromanstieg zu einem erheblichen Spannungsaufkommen am Empfängerende führen, was zu Überspannungszuständen führt.

• Schließer widerstände werden während des Schließvorgangs vorübergehend in Reihe mit dem Schaltgerät geschaltet. Sie begrenzen den anfänglichen Stromanstieg und dämpfen die resultierenden Transienten, wodurch verhindert wird, dass die Spannung 2 p.u. übersteigt.

• Nachdem die Transienten abgeklungen sind, werden die Widerstände umgangen, und die Leitung arbeitet normal.

Vorteile:

• Spannungsbegrenzung: Hält die Spannung am Empfängerende innerhalb sicherer Grenzen, schützt Geräte und gewährleistet stabile Betriebsbedingungen.

• Dämpfung von Transienten: Reduziert die Größe von Schaltüberspannungen, was besonders in EHV-Systemen wichtig sein kann.

Phasenversetztes Schließen

Prinzip:

Phasenversetztes Schließen beinhaltet das schrittweise Schließen der einzelnen Phasen eines Drehstrom-Schaltgeräts, jeweils um eine halbe Periode voneinander entfernt. Die Idee ist, den Transienten in der ersten Phase Zeit zu geben, abzuklingen, bevor die nächste Phase geschlossen wird, um so die Wahrscheinlichkeit schwerer Überspannungen zu reduzieren.

Funktionsweise:

• In einem Drehstromsystem werden die Phasen nacheinander geschlossen, mit einer Verzögerung von einer halben Periode (10 ms bei 50 Hz oder 8,33 ms bei 60 Hz) zwischen den Phasen.

• Durch phasenversetztes Schließen haben die durch die erste Phase generierten Transienten Zeit, abzuklingen, bevor die nächste Phase unter Spannung gesetzt wird. Dies reduziert den kumulativen Effekt der Transienten und minimiert das Risiko von Überspannungsvorfällen.

Vorteile:

• Dämpfung von Transienten: Lässt die Transienten der ersten Phase abklingen, bevor die nächste Phase geschlossen wird, was die Gesamtstärke der Überspannungen reduziert.

• Einfache Umsetzung: Erfordert keine komplexen Steuerungssysteme, was es zu einer relativ einfachen und kosteneffektiven Methode macht, Überspannungen zu mildern.

Leitungsende-Überströmungsschutz

Zweck:

Leitungsende-Überströmungsschutz wird an den Enden von Übertragungsleitungen installiert, um gegen Überspannungen infolge von Blitzschlägen oder Schaltvorgängen zu schützen. Sie begrenzen die Überspannungen an den Punkten, an denen sie installiert sind, auf das Schutzniveau des Überströmungsschutzes.

Funktionsweise:

• Überströmungsschutzgeräte sind so konzipiert, dass sie überschüssige Energie vom System ableiten, wenn Überspannungen eine bestimmte Schwelle überschreiten. Sie halten die Spannung auf einem sicheren Niveau, verhindern Schäden an Geräten und gewährleisten die Integrität des Übertragungssystems.

• Typischerweise werden Überströmungsschutzgeräte an beiden Enden der Übertragungsleitung (Senden- und Empfangsende) platziert. Allerdings begrenzen sie die Überspannungen nur an diesen spezifischen Orten und bieten keinen Schutz entlang der gesamten Länge der Leitung.

Vorteile:

• Überspannungsschutz: Schützt effektiv die Geräte an den Leitungsenden vor Überspannungen infolge von Blitzschlägen oder Schaltvorgängen.

• Gezielter Schutz: Bietet fokussierten Schutz an kritischen Punkten im System, ohne zusätzliche Geräte entlang der gesamten Leitung zu benötigen.

Gesteuertes Schließen

Prinzip:

Gesteuertes Schließen ist ein fortschrittliches Minderungsmaßnahme, das einen dynamischen Regler verwendet, um die Differenzspannung über dem Schaltgerät zu analysieren, zukünftige Spannungsmindenpunkte vorherzusagen und das Schaltgerät im optimalen Moment zu schließen, um Überspannungen zu minimieren. Der gesamte Prozess muss in weniger als 0,5 Sekunden abgeschlossen sein, um effektiv zu sein.

Funktionsweise:

• Ein dynamischer Regler überwacht ständig die Spannungsdifferenz über dem Schaltgerät.

• Er identifiziert die Minimalspannungspunkte und prognostiziert, wann zukünftige Minima auftreten werden.

• Der Regler schließt dann das Schaltgerät im prognostizierten Minimalspannungspunkt, um sicherzustellen, dass das Schließen während eines Niederspannungszeitraums erfolgt und das Risiko von Überspannungen minimiert wird.

• Diese Methode erfordert schnelle und genaue Steueralgorithmen sowie präzise Zeitsteuerung, um sicherzustellen, dass das Schaltgerät im optimalen Moment geschlossen wird.

Vorteile:

• Minimale Überspannungen: Durch das Schließen des Schaltgeräts im optimalen Spannungspunkt reduziert gesteuertes Schließen signifikant die Größe der Überspannungen.

• Verbesserter Systemstabilität: Hilft, die Systemstabilität aufrechtzuerhalten, indem extreme Spannungsspitzen während der Leitungsbefeuerung verhindert werden.

• Fortgeschrittene Technologie: Bietet eine fortschrittlichere und effektivere Lösung im Vergleich zu traditionellen Methoden wie phasenversetztem Schließen oder Schließer widerständen.

Überspannungsprofil in langen EHV-Leitungen

Die Abbildung, die das Überspannungsprofil in einer langen EHV-Leitung zeigt, demonstriert die Wirksamkeit verschiedener Optionen zur Begrenzung von Überspannungen. Jede Methode hat ihren eigenen Einfluss auf die Überspannungsniveaus, und die Wahl der Methode hängt von den spezifischen Anforderungen des Systems ab.

• Schnelle Einbindung von Schaltbegleitreaktoren: Reduziert Überspannungen aufgrund der Leitungskapazität und bietet eine gewisse Reduzierung von Schaltüberspannungen.

• Schließer widerstände: Begrenzt die Spannung am Empfängerende auf 2 p.u., kontrolliert effektiv Überspannungen während der Leitungsbefeuerung.

• Phasenversetztes Schließen: Reduziert den kumulativen Effekt von Transienten, indem es ihnen Zeit gibt, zwischen den Phasenschließungen abzuklingen.

• Leitungsende-Überströmungsschutz: Schützt die Leitungsenden vor Überspannungen, bietet aber keinen Schutz entlang der gesamten Leitung.

• Gesteuertes Schließen: Minimiert Überspannungen, indem das Schaltgerät im optimalen Spannungspunkt geschlossen wird, bietet die effektivste Kontrolle über transiente Überspannungen.

Jede dieser Methoden kann einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, um die gewünschte Überspannungsminderung in langen EHV-Leitungen zu erreichen, je nach den spezifischen Bedürfnissen und Einschränkungen des Systems.