Beschreibung

StrombegrenzungsSchaltung Über Energieversorgungsnetze werden zunehmend größere

elektrische Leistungen übertragen. Durch die Einspeisung von immer größeren elektrischen Leistungen in die Netze und durch Verbindungen der Netze untereinander steigt auch die Gefahr, dass bei Fehlern immer größere Fehlerströme auftreten, insbesondere dass bei Kurzschlüssen immer größere Kurz ^¬ schlussströme auftreten. Das Auftreten von Fehlern in

elektrischen Energieversorgungsnetzen ist jedoch

unvermeidlich. Zum einen können Schäden in unmittelbarer Nähe der Fehler auftreten, beispielsweise aufgrund von Lichtbögen. Zum anderen verursachen die in den Energieversorgungsnetzen zur Stelle des Fehlers fließenden großen Fehlerströme eine große dynamische und thermische Belastung der Bauelemente des Netzes. Daher ist es wichtig, im Fehlerfall die Größe der auftretenden Ströme zu begrenzen. Zur Strombegrenzung ist es allgemein bekannt, Spulen oder Transformatoren mit hoher Impedanz zu verwenden. Jedoch haben diese Spulen oder

Transformatoren auch bei Normalbetrieb des Energie ^¬ versorgungsnetzes einen nennenswerten Einfluss auf die in dem Netz fließenden Ströme und verschlechtern den Lastfluss durch das Netz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Strombegrenzungsschaltung und ein Verfahren anzugeben, mit denen sicher und zuverlässig die Größe eines in einem

Energieversorgungsnetz auftretenden Stromes begrenzt werden kann .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine

Strombegrenzungsschaltung und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patenansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Strombegrenzungsschaltung und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Offenbart wird eine Strombegrenzungsschaltung zum Begrenzen der Größe eines Wechselstroms mit

- einer Spuleneinheit und einer Kondensatoreinheit, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, und

- einer Überbrückungseinrichtung zum elektrischen Überbrücken der Kondensatoreinheit bei Auftreten eines Überstroms. Dabei kann die Überbrückungseinrichtung elektrisch parallel zur Kondensatoreinheit geschaltet sein. Diese Strombegrenzungs ^¬ schaltung hat den Vorteil, dass bei geöffneter Überbrückungs- einrichtung die Reihenschaltung aus Spuleneinheit und

Kondensatoreinheit für den Wechselstrom wirksam ist,

währenddessen bei geschlossener Überbrückungseinrichtung nur die Spuleneinheit für den Wechselstrom wirksam ist.

Die Strombegrenzungsschaltung kann so ausgestaltet sein, dass die Kondensatoreinheit eine derartige Kapazität aufweist und die Spuleneinheit eine derartige Induktivität aufweist, dass bei der Nennfrequenz des Wechselstroms der Betrag des

kapazitiven Blindwiderstands der Kondensatoreinheit dem

Betrag des induktiven Blindwiderstands der Spuleneinheit entspricht. Mit anderen Worten gesagt, kompensiert (bei der Nennfrequenz des Wechselstroms) der kapazitive

Blindwiderstand der Kondensatoreinheit den induktiven

Blindwiderstand der Spuleneinheit. Dadurch weist die

Strombegrenzungsschaltung nach außen hin eine sehr geringe Impedanz auf (im Idealfall die Impedanz Null) , weil sich der kapazitive Blindwiderstand und der induktive Blindwiderstand (bei geöffneter Überbrückungseinrichtung) kompensieren. Somit wird der Wechselstrom (bzw. das Fließen des Wechselstroms) bei geöffneter Überbrückungseinrichtung nicht oder nur in einem sehr geringen Maße beeinträchtigt.

Die Strombegrenzungsschaltung kann so ausgestaltet sein, dass

- die Überbrückungseinrichtung einen ersten Überbrückungs- zweig zum Überbrücken der Kondensatoreinheit aufweist, wobei der erste Überbrückungszweig ein erstes Überbrückungselement , insbesondere einen Leistungshalbleiterschalter, aufweist. Der erste Überbrückungszweig kann parallel zur

Kondensatoreinheit geschaltet sein. Der Leistungshalbleiter ^¬ schalter kann (antiparallel geschaltete) ein- und

abschaltbare Halbleiterventile, insbesondere Thyristoren, aufweisen. Elektrisch in Reihe zu dem Leistungshalbleiterschalter kann eine erste Dämpfungsschaltung

(insbesondere eine weitere Spuleneinheit) geschaltet sein. Diese erste Dämpfungsschaltung begrenzt den Stromfluss durch den Leistungshalbleiterschalter. Die erste Dämpfungsschaltung ist in dem ersten Überbrückungszweig angeordnet. Mittels des ersten Überbrückungselements kann die Kondensatoreinheit bei Auftreten eines Überstroms kurzgeschlossen werden. Es ist besonders vorteilhaft, das erste Überbrückungselement als einen Leistungshalbleiterschalter auszugestalten, weil mit einem Leistungshalbleiterschalter die Kondensatoreinheit besonders schnell überbrückt werden kann. Ein Leistungs ^¬ halbleiterschalter kann sehr eingeschaltet (das heißt

geschlossen) werden, beispielsweise können Einschaltzeiten erreicht werden, die kleiner als eine Millisekunde sind.

Die Strombegrenzungsschaltung kann auch so ausgestaltet sein, dass

- die Überbrückungseinrichtung einen zweiten

Überbrückungszweig zum Überbrücken der Kondensatoreinheit aufweist, wobei der zweite Überbrückungszweig elektrisch parallel zu dem ersten Überbrückungszweig geschaltet ist und der zweite Überbrückungszweig ein zweites Überbrückungs ^¬ element, insbesondere eine Funkenstrecke, aufweist.

Der zweite Überbrückungszweig kann eine elektrisch in Reihe zu der Funkenstrecke angeordnete (zweite) Dämpfungsschaltung aufweisen. Die (zweite) Dämpfungsschaltung dient zum

Begrenzen des beim Zünden der Funkenstrecke durch die

Funkenstrecke fließenden Entladestroms der Kondensator ^¬ einheit. Mittels des zweiten Überbrückungszweigs kann die Kondensatoreinheit überbrückt werden, falls der erste

Überbrückungszweig aufgrund eines Fehlers ausfallen sollte. Es ist besonders vorteilhaft, als zweites Überbrückungs ^¬ element eine Funkenstrecke einzusetzen, weil eine Funkenstrecke die Kondensatoreinheit (im Vergleich zu einem mechanischen Überbrückungsschalter) schnell überbrücken kann und außerdem kurzzeitig hoch belastbar ist. Die Strombegrenzungsschaltung kann auch so ausgestaltet sein, dass

- die Überbrückungseinrichtung einen dritten

Überbrückungszweig zum Überbrücken des zweiten

Überbrückungselements aufweist, wobei der dritte

Überbrückungszweig elektrisch parallel zu dem zweiten

Überbrückungselement geschaltet ist und der dritte

Überbrückungszweig ein drittes Überbrückungselement,

insbesondere einen mechanischen Überbrückungsschalter, aufweist .

Mittels des dritten Überbrückungszweigs kann

vorteilhafterweise eine Überbrückung der Kondensatoreinheit (Überbrückungszweig der Kondensatoreinheit) realisiert werden, welche den fließenden Strom auch über eine längere Zeitdauer führen kann. Dabei ist das dritte Überbrückungs- element vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass dieses im eingeschalteten Zustand (geschlossenen Zustand) einen sehr geringen ohmschen Widerstand aufweist. Vorteilhafterweise kann als ein derartiges drittes Überbrückungselement ein mechanischer Überbrückungsschalter (mechanischer

Bypassschalter) eingesetzt werden, da mittels eines

mechanischen Überbrückungsschalters sehr geringe ohmsche Widerstände erreicht werden können, insbesondere geringere Widerstände als sie mit einem Leistungshalbleiterschalter oder mit einer Funkenstrecke erreichbar sind.

Die Strombegrenzungsschaltung kann auch so ausgestaltet sein, dass

- die Kondensatoreinheit mit einem Überspannungsbegrenzer, insbesondere mit einem Varistor, versehen ist. Dadurch kann die Kondensatoreinheit zuverlässig vor Überspannungen

geschützt werden, was insbesondere die Lebensdauer der

Strombegrenzungsschaltung vergrößert . Die Strombegrenzungsschaltung kann auch so ausgestaltet sein, dass

- die Spuleneinheit zwei parallel geschaltete elektrische Spulen aufweist. Mittels zweier derartiger parallel

geschalteter elektrischer Spulen kann vorteilhafterweise erkannt werden, wenn eine der beiden Spulen einen Fehler (beispielsweise einen Windungsschluss ) aufweist, weil sich dann das Verhältnis der durch die beiden Spulen fließenden elektrischen Ströme verändert.

Die Strombegrenzungsschaltung kann eine Steuereinheit

aufweisen,

- welche so ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit ein erstes Überbrückungssignal erzeugt, wenn der durch die

Spuleneinheit fließende elektrische Strom einen ersten

Schwellwert überschreitet, wobei das erste Überbrückungs ^¬ signal dazu bestimmt ist, ein Schließen des ersten

Überbrückungselements (insbesondere ein Schließen des

Leistungshalbleiterschalters) zu veranlassen. Mittels einer derartigen Steuereinheit wird bei Auftreten eines Überstroms (also bei Auftreten eines Stroms, der den ersten Schwellwert überschreitet) das erste Überbrückungssignal erzeugt und damit ein Kommando zum Schließen des ersten Überbrückungs- elementes abgegeben.

Die Steuereinheit kann so ausgestaltet sein, dass

- die Steuereinheit das erste Überbrückungssignal

(zusätzlich) auch dann erzeugt, wenn der durch den

Überspannungsbegrenzer fließende elektrische Strom einen zweiten Schwellwert überschreitet. Bei dieser Ausgestaltung wird das erste Überbrückungssignal also dann erzeugt, wenn der durch die Spuleneinheit fließende elektrische Strom einen ersten Schwellwert überschreitet oder wenn der durch den Überspannungsbegrenzer fließende elektrische Strom den zweiten Schwellwert überschreitet. Der durch den

Überspannungsbegrenzer fließende elektrische Strom

überschreitet dann den zweiten Schwellwert, wenn an der

Kondensatoreinheit eine Überspannung auftritt und somit der Überspannungsbegrenzer der Kondensatoreinheit aktiv wird. Damit wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass die

Überbrückungseinrichtung auch dann schließt, wenn

beispielsweise ein Fehler bei der Messung des durch die

Spuleneinheit fließenden elektrischen Stroms auftritt und deshalb ein Überschreiten des ersten Schwellwertes nicht erkannt wird.

Die Steuereinheit kann so ausgestaltet sein, dass

- die Steuereinheit ein zweites Überbrückungssignal erzeugt, wobei das zweite Überbrückungssignal dazu bestimmt ist, ein Schließen des zweiten Überbrückungselements zu veranlassen (, insbesondere ein Zünden der Funkenstrecke zu veranlassen) , wenn auf das erste Überbrückungssignal hin das erste

Überbrückungselement (zum Beispiel aufgrund eines Fehlers) nicht schließt. Durch diese Ausgestaltung der Steuereinheit wird die Zuverlässigkeit der Strombegrenzungsschaltung noch einmal deutlich erhöht. Auch wenn das erste Überbrückungs ^¬ element auf das erste Überbrückungssignal hin nicht schließt (weil beispielsweise ein Fehler in der Strombegrenzungs ^¬ schaltung auftritt) , wird von der Steuereinheit das zweite Überbrückungssignal erzeugt und damit das zweite

Überbrückungselement angewiesen, die Kondensatoreinheit zu überbrücken. Somit kann auch in diesem Fall mit der

Strombegrenzungsschaltung die Größe des Wechselstroms

zuverlässig begrenzt werden.

Die Strombegrenzungsschaltung kann eine erste

Strommesseinrichtung zum Messen des durch die Spuleneinheit fließenden elektrischen Stroms aufweisen. Die

Strombegrenzungsschaltung kann eine zweite

Strommesseinrichtung zum Messen des durch den

Überspannungsbegrenzer fließenden elektrischen Stroms

aufweisen. Die Strombegrenzungsschaltung kann eine dritte Strommesseinrichtung zum Messen des durch eine der beiden Spulen der Spuleneinheit fließenden elektrischen Stroms aufweisen . Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Begrenzen der Größe eines (durch einen Netzanschlusspunkt eines

Energieversorgungsnetzes fließenden) Wechselstroms, bei dem

- der Wechselstrom durch eine elektrische Reihenschaltung aus einer Spuleneinheit und einer Kondensatoreinheit geleitet wird, und

- zum Begrenzen der Größe des Wechselstroms die

Kondensatoreinheit elektrisch überbrückt wird, wodurch der induktive Blindwiderstand der Reihenschaltung vergrößert wird (und durch die Vergrößerung des induktiven Blindwiderstands die Größe des Wechselstroms begrenzt wird) .

Bei der Nennfrequenz des Wechselstroms kompensiert der kapazitive Blindwiderstand der Kondensatoreinheit den

induktiven Blindwiderstand der Spuleneinheit. Mit anderen Worten gesagt, sind die Kapazität der Kondensatoreinheit und die Induktivität der Spuleneinheit so gewählt, dass bei der Nennfrequenz des Wechselstroms der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands der Kondensatoreinheit dem Betrag des induktiven Blindwiderstands der Spuleneinheit entspricht.

Dieses Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass

- (bei Auftreten eines Überstroms) die Kondensatoreinheit elektrisch überbrückt wird mittels eines ersten

Überbrückungszweigs, der ein erstes Überbrückungselement , insbesondere einen Leistungshalbleiterschalter, aufweist.

Der erste Überbrückungszweig kann elektrisch parallel zu der Kondensatoreinheit geschaltet sein. Der durch die Spulen ^¬ einheit fließende elektrische Strom wird gemessen. Das

Auftreten eines Überstroms wird erkannt, wenn der durch die Spuleneinheit fließende elektrische Strom einen ersten

Schwellwert überschreitet oder wenn der durch einen

Überspannungsbegrenzer (der Kondensatoreinheit) fließende elektrische Strom einen zweiten Schwellwert überschreitet. Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- die Kondensatoreinheit mittels eines zweiten

Überbrückungszweigs elektrisch überbrückt wird, wenn beim Überbrücken der Kondensatoreinheit mittels des ersten Überbrückungszweigs ein Fehler auftritt, wobei der zweite Überbrückungszweig ein zweites Überbrückungselement ,

insbesondere eine Funkenstrecke, aufweist.

Der zweite Überbrückungszweig kann elektrisch parallel zu der Kondensatoreinheit geschaltet sein.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass

- zusätzlich zum Überbrücken der Kondensatoreinheit mittels des ersten Überbrückungszweigs oder mittels des zweiten

Überbrückungszweigs das zweite Überbrückungselement

elektrisch überbrückt wird mittels eines dritten

Überbrückungszweigs, der elektrisch parallel zu dem zweiten Überbrückungselement geschaltet ist und ein drittes

Überbrückungselement, insbesondere einen mechanischen

Überbrückungsschalter, aufweist.

Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- die Spuleneinheit zwei parallel geschaltete elektrische Spulen aufweist,

- der durch die Spulen fließende Strom überwacht wird, und

- ein Alarmsignal erzeugt wird, sobald sich das Verhältnis der durch die beiden Spulen fließenden Ströme um mehr als einen (dritten) Schwellwert (Spulenstrom-Schwellwert) verändert .

Die vorstehend angegebenen Verfahren weisen dieselben

Vorteile auf, die oben im Zusammenhang mit der

Strombegrenzungsschaltung angegeben sind. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente. Dazu ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der

Strombegrenzungsschaltung, in

Figur 2 ein detaillierteres Ausführungsbeispiel der Strombegrenzungsschaltung, in Figur 3 Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit und in

Figur 4 beispielhafter Verfahrensablauf dargestellt.

Die Ausführungsbeispiele sind zwar in den Figuren 1 bis 3 einphasig dargestellt, sie können aber in der Praxis auch mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgestaltet sein.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer

Strombegrenzungsschaltung 1 dargestellt. Die Strombegrenzungsschaltung 1 ist mittels eines ersten

Trennschalters 5 mit einem ersten Netzanschlusspunkt 8 und mittels eines zweiten Trennschalters 11 mit einem zweiten Netzanschlusspunkt 14 elektrisch verbunden. Der erste

Netzanschlusspunkt 8 und der zweite Netzanschlusspunkt 14 sind mit einem (nicht dargestellten) Energieversorgungsnetz verbunden. Der erste Netzanschlusspunkt 8 ist mittels eines dritten Trennschalters 17 (Bypasstrenner 17,

Überbrückungstrenner 17) mit dem zweiten Netzanschlusspunkt 14 elektrisch verbindbar. Wenn der Überbrückungstrenner 17 geschlossen ist, dann fließt ein Wechselstrom 20 unmittelbar von dem ersten Netzanschlusspunkt 8 über den

Überbrückungstrenner 17 (Überbrückung 17) zu dem zweiten

Netzanschlusspunkt 14. In diesem Fall fließt der Wechselstrom 20 nicht über die Strombegrenzungsschaltung. Wenn jedoch der Überbrückungstrenner 17 geöffnet ist und der erste

Trennschalter 5 sowie der zweite Trennschalter 11 geschlossen sind, dann fließt der Wechselstrom 20 von dem ersten

Netzanschlusspunkt 8 über die Strombegrenzungsschaltung 1 zu dem zweiten Netzanschlusspunkt 14. Dann ist die Strom ^¬ begrenzungsschaltung 1 wirksam. In diesem Fall fließt der Wechselstrom 20 von dem ersten

Netzanschlusspunkt 8 über den ersten Trennschalter 5, eine Spuleneinheit 23, eine Kondensatoreinheit 26 und den zweiten Trennschalter 11 zu dem zweiten Netzanschlusspunkt 14. Die elektrische Induktivität der Spuleneinheit 23 und die

elektrische Kapazität der Kondensatoreinheit 26 sind so gewählt, dass bei der Nennfrequenz f des Wechselstroms der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands X _c der Kondensator- einheit 26 dem Betrag des induktiven Blindwiderstands X _L der Spuleneinheit 23 entspricht. Bei der Nennfrequenz f des

Wechselstroms kompensiert also der kapazitive Blindwiderstand X _c der Kondensatoreinheit 26 den induktiven Blindwiderstand X _L der Spuleneinheit 23. Es gilt also für die Induktivität L der Spuleneinheit 23 und die Kapazität C der

Kondensatoreinheit 26:

I X _L I = c^L = - ¹ -= I X _c I mit der Kreisfrequenz co=2nf, wobei f die Nennfrequenz f des Wechselstroms ist. Bei der Nennfrequenz f des Wechselstroms kompensiert also (bei geöffneter Überbrückungseinrichtung 29) die Kapazität der Kondensatoreinheit 26 die Induktivität der Spuleneinheit 23, so dass der induktive Blindwiderstand der Spuleneinheit keinen Einfluss auf den Wechselstrom 20 hat. Für den Wechselstrom 20 besitzt die Reihenschaltung aus

Spuleneinheit und Kondensatoreinheit dann im Idealfall die Impedanz Null, in der Praxis kann die Reihenschaltung eine geringe Impedanz aufweisen aufgrund einer möglicherweise nicht immer ideal erfolgenden Kompensation des induktiven

Blindwiderstands durch den kapazitiven Blindwiderstand. Dies hat zur Folge, dass der Fluss des Wechselstroms 20 von dem ersten Netzanschlusspunkt 8 zu dem zweiten

Netzanschlusspunkt 14 durch die Reihenschaltung aus

Spuleneinheit 23 und Kondensatoreinheit 26 nicht oder nur sehr gering beeinträchtigt wird. Dann hat die

Strombegrenzungsschaltung 1 keinen oder nur einen sehr geringen unerwünschten Einfluss auf die Energieübertragung. Mit anderen Worten gesagt, sind die Spuleneinheit 23 und die Kondensatoreinheit 26 auf die elektrische

Frequenz/Nennfrequenz des Wechselstroms (d. h. auf die

Nennfrequenz des zu schützenden Energieversorgungsnetzes) abgestimmt. Daher ist die Impedanz der Reihenschaltung aus Spuleneinheit 23 und Kondensatoreinheit 26 bei Nennfrequenz des Wechselstroms idealerweise Null. Deshalb wird der

Leistungsfluss durch die Strombegrenzungsschaltung im

Normalfall nicht beeinträchtigt.

Die Kondensatoreinheit 26 ist mittels einer Überbrückungs- einrichtung 29 elektrisch überbrückbar, die Überbrückungs- einrichtung 29 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1 symbolisch als ein Schalter dargestellt, welcher in seinem geschlossenen Zustand die Kondensatoreinheit 26 elektrisch überbrückt. Die Überbrückungseinrichtung 29 ist parallel zu der Kondensatoreinheit 26 geschaltet. Die Überbrückungs ^¬ einrichtung 29 dient zum elektrischen Überbrücken der

Kondensatoreinheit 26 bei Auftreten eines Überstroms.

Der durch die Spuleneinheit 23 fließende Wechselstrom wird mittels eines ersten Stromsensors 32 (erste Strommess ^¬ einrichtung 32) gemessen. Der erste Stromsensor 32 dient also zum Messen des durch die Spuleneinheit 23 fließenden

elektrischen Stroms. Der erste Stromsensor 32 kann

beispielsweise als ein Messwandler ausgestaltet sein. Von dem ersten Stromsensor 32 gelangt ein erstes Strommesssignal 35 zu einer Steuereinheit 38 der Strombegrenzungsschaltung 1. Sobald die Steuereinheit 38 erkennt, dass der durch die

Spuleneinheit 23 fließende Strom zu groß wird (das heißt, das der durch die Spuleneinheit 23 fließende Strom 20 einen ersten Schwellwert 39 überschreitet) , dann sendet die

Steuereinheit 38 ein Überbrückungssignal 41 an die

Überbrückungseinrichtung 29. Daraufhin überbrückt die

Überbrückungseinrichtung 29 die Kondensatoreinheit 26. Der Wechselstrom 20 fließt dann nicht mehr durch die

Kondensatoreinheit 26, sondern durch die Überbrückungs ^¬ einrichtung 29. Dadurch wird der kapazitive Blindwiderstand X _c des Kondensators 26 kurzgeschlossen, so dass nur noch der induktive Blindwiderstand X _L der Spuleneinheit 23 für den Wechselstrom 20 wirksam ist. Dieser induktive Blindwiderstand X _L begrenzt den Wechselstrom 20, so dass die Strom- begrenzungsschaltung 1 nun ihre Strombegrenzungsfunktion ausführt .

Wenn der durch die Spuleneinheit 23 fließende Wechselstrom 20 wieder seinen Normalwert annimmt (beispielsweise weil ein Kurzschluss im Energieversorgungsnetz beseitigt ist) , dann erkennt die Steuereinheit 38 anhand des ersten Strom ^¬ messsignals 35 das Vorliegen von normalen Stromverhältnissen (das heißt, das der durch die Spuleneinheit 23 fließende Strom 20 den ersten Schwellwert 39 unterschreitet) . Die

Steuereinheit 38 beendet dann das Senden des Überbrückungs- signals 41 an die Überbrückungseinrichtung 29. Daraufhin öffnet die Überbrückungseinrichtung 29 (d.h. die

Überbrückungseinrichtung 29 geht von dem geschlossenen

Zustand in den offenen Zustand über) und der durch die

Überbrückungseinrichtung 29 fließende Wechselstrom 20

kommutiert zurück in die Kondensatoreinheit 26. Daraufhin ist die Kondensatoreinheit 26 wieder für den Wechselstrom 20 wirksam, der kapazitive Blindwiderstand X _c der

Kondensatoreinheit kompensiert wieder den induktiven

Blindwiderstand X _L der Spuleneinheit und der Wechselstrom 20 kann ungehindert (bzw. nahezu ungehindert) durch die

Strombegrenzungsschaltung 1 fließen. In Figur 2 ist in detaillierter Form der Aufbau der

Überbrückungseinrichtung 29 dargestellt. Die Überbrückungs ^¬ einrichtung 29 weist einen ersten Überbrückungszweig 203 zum Überbrücken der Kondensatoreinheit 26 auf. Der erste

Überbrückungszweig 203 weist ein erstes Überbrückungselement 206 auf. Bei dem ersten Überbrückungselement 206 kann es sich beispielsweise um einen (bidirektionalen)

Leistungshalbleiterschalter 206 handeln. Dieser

Leistungshalbleiterschalter 206 kann (antiparallel

geschaltete) ein- und abschaltbare Halbleiterventile, insbesondere (antiparallel geschaltete) Thyristoren,

aufweisen. Der Leistungshalbleiterschalter 206, insbesondere die Thyristoren, können schnell geschaltet werden. Elektrisch in Reihe zu dem ersten Überbrückungselement 206 ist eine erste Dämpfungsschaltung 209 geschaltet. Die erste Dämpfungs ^¬ schaltung 209 kann beispielsweise als eine weitere

Spuleneinheit 209 ausgestaltet sein. Die erste Dämpfungs ^¬ schaltung 209 begrenzt beim Einschalten des ersten

Überbrückungselements 206 den durch das erste Überbrückungs- element 206 fließenden elektrischen Strom. Der Leistungshalbleiterschalter 206 und die erste Dämpfungsschaltung 209 sind Elemente des ersten Überbrückungszweigs 203. Der erste Überbrückungszweig 203 ist parallel zu der Kondensatoreinheit 26 geschaltet. Wenn das erste Überbrückungselement 206 eingeschaltet ist, dann überbrückt der erste Überbrückungs ^¬ zweig 203 die Kondensatoreinheit 26 und der Wechselstrom 20 kommutiert von der Kondensatoreinheit 26 in den ersten

Überbrückungszweig 203.

Die Überbrückungseinrichtung 29 weist einen zweiten

Überbrückungszweig 218 auf, der ebenfalls zum Überbrücken der Kondensatoreinheit 26 dient. Der zweite Überbrückungszweig 218 ist elektrisch parallel zu dem ersten Überbrückungszweig 203 geschaltet. Der zweite Überbrückungszweig 218 weist ein zweites Überbrückungselement 221 auf. Bei dem zweiten

Überbrückungselement 221 kann es sich beispielsweise um eine Funkenstrecke 221 handeln. Weiterhin weist der zweite

Überbrückungszweig 218 eine zweite Dämpfungsschaltung 225 auf, bei dieser zweiten Dämpfungsschaltung 225 kann es sich beispielsweise um eine zusätzliche Spuleneinheit 225 handeln. Die zweite Dämpfungsschaltung 225 ist elektrisch in Reihe zu dem zweiten Überbrückungselement 221 angeordnet. Die zweite Dämpfungsschaltung 225 dient zum Begrenzen des beim

Einschalten des zweiten Überbrückungselements 221 (Zünden der Funkenstrecke 221) durch das zweite Überbrückungselement 221 fließenden Stroms.

Die Überbrückungseinrichtung 29 weist einen dritten

Überbrückungszweig 233 zum Überbrücken des zweiten

Überbrückungselements 221 auf. Der dritte Überbrückungszweig 233 ist elektrisch parallel zu dem zweiten Überbrückungs ^¬ element 221 geschaltet. Der dritte Überbrückungszweig 233 weist ein drittes Uberbrückungselement 237 auf. Das dritte Überbrückungselement 237 kann beispielsweise ein mechanischer Überbrückungsschalter 237 (Bypass-Switch 237) sein. Die Kondensatoreinheit 26 ist mit einem

Überspannungsbegrenzer 245 versehen. Bei diesem

Überspannungsbegrenzer 245 kann es sich beispielsweise um einen Varistor 245 handeln. Der Überspannungsbegrenzer 245 ist parallel zu der Kondensatoreinheit 26 geschaltet und bildet ein Teil der Überbrückungseinrichtung 29. Sobald an der Kondensatoreinheit 26 eine Überspannung auftritt, wird der Überspannungsbegrenzer 245 leitend, so dass der Strom von der Kondensatoreinheit 26 in den Überspannungsbegrenzer 245 kommutiert. Dadurch wird die Kondensatoreinheit 26 vor der Überspannung geschützt.

Neben dem bereits im Zusammenhang mit Figur 1 genannten ersten Stromsensor 32 weist die Überbrückungseinrichtung 29 einen zweiten Stromsensor 247 (zweite Strommesseinrichtung 247) zum Messen des durch den Überspannungsbegrenzer 245 fließenden elektrischen Stroms auf. Der zweite Stromsensor 247 sendet ein zweites Strommesssignal 248 an die

Steuereinheit 31. Die Steuereinheit 38 kann ein erstes Überbrückungssignal 255 an das erste Überbrückungselement 206 absenden. Auf das erste Überbrückungssignal 255 hin schließt das erste Überbrückungs ^¬ element 206, das heißt, das erste Überbrückungselement 206 überbrückt die Kondensatoreinheit 26. Beispielsweise werden beim ersten Überbrückungssignal 255 Zündimpulse zu den

Thyristoren des Leistungshalbleiterschalters 206 geleitet, so dass die Thyristoren zünden und der Leistungshalbleiterschalter 206 geschlossen wird. Weiterhin kann die

Steuereinheit 38 ein zweites Überbrückungssignal 258 an das zweite Überbrückungselement 221 absenden. Auf das zweite Überbrückungssignal 258 hin schließt das zweite

Überbrückungselement 221, das heißt, dass das zweite

Überbrückungselement 221 überbrückt die Kondensatoreinheit 26. Weiterhin kann die Steuereinheit 38 ein drittes

Überbrückungssignal 262 an das dritte Überbrückungselement 237 absenden. Auf das dritte Überbrückungssignal 262 hin überbrückt das dritte Überbrückungselement 237 das zweite Überbrückungselement 221.

Die Steuereinheit 38 erzeugt das erste Überbrückungssignal 255 dann, wenn der durch die Spuleneinheit 23 fließende elektrische Strom den ersten Schwellwert 39 überschreitet oder wenn der durch den Überspannungsbegrenzer 245 fließende elektrische Strom einen zweiten Schwellwert 263

überschreitet. Dabei wird der durch die Spuleneinheit fließende Strom mittels des ersten Stromsensors 32 und der durch den Überspannungsbegrenzer 245 fließende Strom mittels des zweiten Stromsensors 247 gemessen. Das erste

Überbrückungssignal 255 ist dazu bestimmt, ein Schließen des ersten Überbrückungselements 206 zu veranlassen. Die

Kondensatoreinheit 26 wird also auch dann elektrisch

überbrückt, sobald an der Kondensatoreinheit eine

Überspannung auftritt. Wenn jedoch auf das erste

Überbrückungssignal 255 hin das erste Überbrückungselement 206 nicht schließt (weil beispielsweise das erste

Überbrückungselement 206 defekt ist oder die Signal ^¬ übertragung zwischen der Steuereinheit 38 und dem ersten Überbrückungselement 206 gestört ist), dann erzeugt die Steuereinheit 38 das zweite Überbrückungssignal 258 und sendet dieses an das zweite Überbrückungselement 221. Das zweite Überbrückungssignal 258 ist dazu bestimmt, ein

Schließen des zweiten Überbrückungselements 221 zu

veranlassen. Dadurch wird mittels der Strombegrenzungs ^¬ schaltung 1 der Strom auch dann wirksam begrenzt, wenn bei dem ersten Überbrückungselement 206 ein Fehler auftreten sollte . Weiterhin sendet die Steuereinheit 38 gemeinsam mit dem ersten Überbrückungssignal 255 und gemeinsam mit dem zweiten Überbrückungssignal 258 (oder geringfügig zeitverzögert nach dem ersten Überbrückungssignal 255 oder dem zweiten Uberbrückungssignal 258) das dritte Überbrückungssignal 262 an das dritte Überbrückungselement 237. Auf das dritte

Überbrückungssignal 262 hin schließt das dritte Über ^¬ brückungselement 237 und überbrückt damit das zweite

Überbrückungselement 221. Daraufhin kommutiert der zuvor durch das erste Überbrückungselement 206 oder durch das zweite Überbrückungselement 221 fließende Wechselstrom zu dem dritten Überbrückungselement 237. Diese Kommutierung erfolgt, weil das dritte Überbrückungselement 237 im geschlossenen Zustand einen sehr geringen ohmschen Widerstand aufweist. Das dritte Überbrückungselement ist vorzugsweise als ein

mechanischer Überbrückungsschalter ausgestaltet. Mit dem dritten Überbrückungselement 237 kann der Wechselstrom 20 vergleichsweise lange geführt werden, ohne dass das erste Überbrückungselement 206 oder das zweite Überbrückungselement 221 übermäßig stark belastet wird.

Das zweite Überbrückungselement 221 / die Funkenstrecke 221 ist also ein schnelles Überbrückungselement und überbrückt die Kondensatoreinheit 26, wenn das erste Überbrückungs ^¬ element 206 / der Leistungshalbleiterschalter 206 aufgrund eines Defekts nicht schließt.

In Figur 3 ist dargestellt, dass die Spuleneinheit 23

vorzugsweise zwei elektrisch parallel geschaltete Spulen aufweisen kann: eine erste Spule 303 und eine elektrisch parallel geschaltete zweite Spule 306. Der durch die

Spuleneinheit 28 fließende Wechselstrom 20 teilt sich auf in einen ersten Teilstrom 309, der durch die erste Spule 303 fließt und in einen zweiten Teilstrom 312, der durch die zweite Spule 306 fließt. Mittels des ersten Stromsensors 32 wird der Gesamt-Wechselstrom 20 gemessen, mittels eines dritten Stromsensors 315 wird der durch die zweite Spule 306 fließende zweite Teilstrom 312 gemessen. Durch Auswertung des von dem ersten Stromsensor 32 stammenden ersten Strommesssignals 35 und eines von dem dritten Stromsensor 315 stammenden dritten Strommesssignals 320 kann der erste

Teilstrom 309 sowie der zweite Teilstrom 312 bestimmt werden. -

Wenn die erste Spule 303 und die zweite Spule 306 jeweils eine gleich große elektrische Induktivität aufweisen, dann teilt sich der Wechselstrom 20 gleichmäßig auf die erste Spule 303 und die zweite Spule 306 auf: Der erste Teilstrom 309 ist dann genauso groß wie der zweite Teilstrom 312. Wenn nun beispielsweise an der ersten Spule 303 ein Defekt

auftritt (beispielsweise ein Windungsschluss ) , dann verändert sich die elektrische Induktivität der ersten Spule 303. Im Falle eines Windungsschlusses verringert sich die elektrische Induktivität der ersten Spule 303. Dadurch wird der erste Teilstrom 309 größer. Die Steuereinheit 38 überwacht das Verhältnis des ersten Teilstroms 309 zu dem zweiten Teilstrom 312. Sobald sich dieses Verhältnis signifikant ändert (z. B. um mehr als einen dritten Schwellwert 268, vgl. Figur 2), dann erzeugt die Steuereinheit 38 ein Alarmsignal 270 (vgl. Figur 2) . Dieses Alarmsignal 270 bedeutet, dass ein Defekt bei der Spuleneinheit 23 aufgetreten ist. Beispielsweise kann das Alarmsignal 270 erzeugt werden, sobald der erste Teilstrom 309 um mehr als 5% größer ist als der zweite Teilstrom 312 (dritter Schwellwert 268 entspricht 5%) . Alternativ kann auch ein Differenzstrom aus dem ersten Teilstrom und dem zweiten Teilstrom gebildet werden

(Differenzstrom = erster Teilstrom 309 - zweiter Teilstrom

312) und das Alarmsignal 270 kann erzeugt werden, sobald der Differenzstrom einen Schwellwert überschreitet (dritter

Schwellwert 268 entspricht diesem Schwellwert). Durch diese Spuleneinheit-Defekterkennung wird die Zuverlässigkeit der Strombegrenzungsschaltung nochmals deutlich erhöht.

In Figur 4 ist mittels eines Ablaufdiagramms ein

Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Begrenzen der Größe eines Wechselstroms dargestellt. Dabei finden in den Blöcken 401 bis 409 die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte statt .

Block 401: Ermitteln, ob der durch die Spuleneinheit fließende

elektrische Strom den ersten Schwellwert 39 überschreitet.

Block 402:

Ermitteln, ob der durch den Überspannungsbegrenzer fließende elektrische Strom den zweiten Schwellwert 263 überschreitet.

Block 403:

ODER-Verknüpfung der Ausgänge von Block 401 und Block 402

Block 404:

Erzeugung des ersten Überbrückungssignals 255, das dazu bestimmt ist, ein Schließen des ersten Überbrückungselements 206 (z. B. ein Schließen des Leistungshalbleiterschalters) zu veranlassen.

Block 405: Zeitverzögerte Erzeugung des zweiten

Überbrückungssignals 258, das dazu bestimmt ist, ein

Schließen des zweiten Überbrückungselements 221 (z. B. ein Zünden der Funkenstrecke) zu veranlassen.

Block 406:

Erkennen, ob das erste Überbrückungselement 206 schließt Block 407 (wenn erstes Überbrückungselements schließt) :

Schließen des dritten Überbrückungselements 237 (z. B.

mechanischer Schalter)

Block 408 (wenn erstes Überbrückungselements nicht schließt, zum Beispiel aufgrund eines Defekts) :

Schließen des zweiten Überbrückungselements 221 (z. B.

Funkenstrecke)

Block 409:

Schließen des dritten Überbrückungselements 237 (z. B.

mechanischer Schalter) Zu Block 404: Optional werden das erste Überbrückungssignal 255 und das dritte Überbrückungssignal 262 gleichzeitig erzeugt. Jedoch schließt das erste Überbrückungselement 206 schneller als das dritte Überbrückungselement 237, weil das erste Überbrückungselement 206 ein schnelleres

Überbrückungselement als das dritte Überbrückungselement 237 ist. Beispielsweise ist das erste Überbrückungselement ein (relativ schneller) Leistungshalbleiter-Schalter ist, während das dritte Überbrückungselement ein (relativ langsamer) mechanischer Überbrückungsschalter ist. Dadurch kann der durch die Kondensatoreinheit 26 fließende Wechselstrom 20 relativ schnell in den ersten Überbrückungszweig 203 mit dem ersten Überbrückungselement 206 kommutieren und (nach dem Schließen des dritten Überbrückungselements 237) in den dritten Überbrückungszweig 233 mit dem dritten

Überbrückungselement 237 kommutieren.

Zu Block 405: Optional werden das zweite Überbrückungssignal 258 und das dritte Überbrückungssignal 262 gleichzeitig erzeugt. Jedoch schließt das zweite Überbrückungselement 221 schneller als das dritte Überbrückungselement 237, weil das zweite Überbrückungselement 221 ein schnelleres

Überbrückungselement als das dritte Überbrückungselement 237 ist. Beispielsweise ist das zweite Überbrückungselement 221 eine (relativ schnelle) Funkenstrecke, während das dritte Überbrückungselement ein (relativ langsamer) mechanischer Überbrückungsschalter ist. Dadurch kann der durch die

Kondensatoreinheit 26 fließende Wechselstrom 20 bei einem Defekt des ersten Überbrückungszweigs 203 relativ schnell in den zweiten Überbrückungszweig 218 mit dem zweiten

Überbrückungselement 221 kommutieren und (nach dem Schließen des dritten Überbrückungselements 237) in den dritten

Überbrückungszweig 233 mit dem dritten Überbrückungselement 237 kommutieren.

Zwischen Block 404 und Block 405 findet eine Zeitverzögerung statt, so dass die bei dem Block 405 genannten

Überbrückungssignale etwas später erzeugt werden als die bei dem Block 404 genannten Überbrückungssignale . Dadurch ist sichergestellt, dass auf das erste Überbrückungssignals 255 aus Block 404 hin zunächst das erste Überbrückungselement 206 im ersten Überbrückungszweig 203 schließt. Wenn das erste Überbrückungselement 206 geschlossen ist, dann fällt über dem zweitem Überbrückungselement 221 keine oder nur eine sehr geringe Spannung ab, so dass ein Schließen des zweiten

Überbrückungselements 221 keine wesentliche Wirkung mehr hat oder (falls das zweite Überbrückungselement 221 als eine Funkenstrecke ausgestaltet ist) diese Funkenstrecke 221 überhaupt nicht mehr zündet. Das Schließen des zweiten

Überbrückungselementes (auf das zweite Überbrückungssignal 258 hin) kommt also nur dann zur Wirkung, falls aufgrund eines Fehlers das erste Überbrückungselement (auf das erste Überbrückungssignal 255) hin nicht schließt.

Es wurde eine Strombegrenzungsschaltung und ein Verfahren zum Begrenzen der Größe eines Wechselstroms beschrieben, bei denen (bei geöffneter Überbrückungseinrichtung) im Idealfall eine Impedanz von Null (bzw. in der Realität eine sehr geringe Impedanz) vorliegt und deshalb im Normalfall der fließende Wechselstrom nicht behindert oder beeinflusst wird. Der Normalfall ist der Fall, zu dem kein Überstrom

(insbesondere kein Kurzschlussstrom aufgrund eines

Kurzschlusses) vorliegt. Erst wenn ein Überstrom auftritt, dann wird die Kondensatoreinheit 26 von der Überbrückungs ^¬ einrichtung 29 überbrückt (kurzgeschlossen), wodurch die Spuleinheit 23 bezüglich des fließenden Wechselstroms wirksam wird und diesen Wechselstrom schnell begrenzt. In der Regel wird die Kondensatoreinheit 26 durch den ersten (schnellen) Überbrückungszweig 203 der Überbrückungseinrichtung 29 überbrückt, insbesondere wird die Kondensatoreinheit 26 durch den (schnellen) Leistungshalbleiter-Schalter 206, der in dem ersten Überbrückungszweig 203 angeordnet ist, überbrückt. Falls beim ersten Überbrückungszweig 203 ein Fehler auftritt (so dass die Überbrückung mittels des ersten Überbrückungs- zweigs 203 nicht stattfindet) , dann wird die Kondensator ^¬ einheit 26 mittels des zweiten Überbrückungszweigs 218, insbesondere mittels der Funkenstrecke 221, vorgenommen. Zum längerfristigen Führen des Wechselstroms ist darüber hinaus ein dritter Überbrückungszweig 233 mit einem dritten

Überbrückungselement 237, insbesondere mit einem mechanischen Überbrückungsschalter 237, vorgesehen, welcher den

Wechselstrom vergleichsweise lange und verlustarm führen kann .

Die Überbrückungseinrichtung funktioniert also auch bei

Auftreten eines Defekts bei dem ersten Überbrückungszweig oder bei einer Störung der Signalübertragung zwischen der Steuereinheit 38 und dem ersten Überbrückungselement 206 zuverlässig, so dass eine robuste und zuverlässige

Strombegrenzungsschaltung vorliegt .

Die Spuleneinheit 23 begrenzt den elektrischen Strom, insbesondere den elektrischen Kurzschlussstrom. Die

Kondensatoreinheit 26 erzeugt (im nichtüberbrückten Zustand) im Normalfall/normalen Betriebsfall die Null-Impedanz der Reihenschaltung aus Spuleneinheit und Kondensatoreinheit. Der Überspannungsbegrenzer 245 schützt die Kondensatoreinheit vor Überspannung, insbesondere während des Auftretens eines

Fehlers oder Kurzschlusses. Der Leistungshalbleiter-Schalter 206 gewährleistet eine schnelle Überbrückung der Kondensator- einheit im Überstromfall und wird im Regelfall (d. h. wenn kein Defekt in der Strombegrenzungsschaltung vorliegt) zum Überbrücken der Kondensatoreinheit 26 verwendet. Die Schnell- Überbrückung der Kondensatoreinheit 26 findet also in der Regel mit dem Leistungshalbleiter-Schalter 206 statt, welcher antiparallele Thyristoren aufweist. Die erste

Dämpfungsschaltung 209 / weitere Spuleneinheit 209 begrenzt den Strom durch den Leistungshalbleiter-Schalter 206 und die Größe der Stromänderung di/dt, die an dem

Leistungshalbleiter-Schalter 206 auftritt.

Der Stromfluss durch den Leistungshalbleiterschalter wird also begrenzt mittels der elektrisch in Reihe zu dem

Leistungshalbleiterschalter geschalteten ersten Dämpfungsschaltung 209 / weiteren Spuleneinheit 209. Das zweite Überbrückungselement 221, insbesondere die

Funkenstrecke 221, ermöglicht eine alternative Überbrückung der Kondensatoreinheit in dem Fall, dass das erste

Überbrückungselement 206/der erste Leistungshalbleiterschalter 206 ausfällt. Dadurch wird eine vollständige

Redundanz erreicht. Die zweite Dämpfungsschaltung 225 begrenzt den Strom durch das zweite Überbrückungselement 221 / Funkenstrecke 221 und durch das dritte Überbrückungselement 237 / mechanische Überbrückungsschalter 237 und ermöglicht eine ausreichende Dämpfung des Entladestroms der

Kondensatoreinheit 26. Das dritte Überbrückungselement 237 / der mechanische Überbrückungsschalters 237 schützt den

Überspannungsbegrenzer 245, das erste Überbrückungselement 206 und das zweite Überbrückungselement 221. Das dritte

Überbrückungselement 237 kann auch dann geschlossen werden, wenn eine Überbrückung der Kondensatoreinheit 26 aus anderen Gründen als Überstrom notwendig ist, also beispielsweise bei einem anderen Fehler in dem Energieversorgungsnetz. Der

Überbrückungstrenner 17, der erste Trennschalter 5 und der zweite Trennschalter 11 dienen dem Einfügen der Strombegrenzungsschaltung in das Energieversorgungsnetz

(Energieübertragungsnetz) und zum Trennen der

Strombegrenzungsschaltung aus dem Energieversorgungsnetz.

Aufgrund des durch die Spuleneinheit 23 fließenden Stroms und/oder des durch den Überspannungsbegrenzer 245 fließenden Stroms wird erkannt, wann ein Überstrom vorliegt und wann folglich die Überbrückungseinrichtung 29 geschlossen werden muss. Die Verwendung von zwei unabhängigen Strömen stellt sicher, dass die Strombegrenzungsschaltung 1 auch im Falle eines Kommunikationsfehlers oder eines Ausfalls eines

Stromsensors zuverlässig funktioniert. Sobald einer der beiden Ströme einen jeweils zugehörigen Schwellwert

überschreitet, wird das erste Überbrückungssignal erzeugt und dadurch die Überbrückung der Kondensatoreinheit

angeregt/aktiviert . Dann läuft das im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebene Verfahren ab. Es wurde eine Strombegrenzungsschaltung und ein Verfahren zum Begrenzen der Größe eines Wechselstroms beschrieben, mit denen im Falle eines Überstroms schnell der Strom begrenzt werden kann. Im Normalfall (d. h. wenn kein Überstrom

vorliegt) , beeinflusst die Strombegrenzungsschaltung den fließenden Wechselstrom nicht oder kaum. Aufgrund des

Vorhandenseins mehrerer Überbrückungszweige in der

Überbrückungseinrichtung 29 wird eine hohe Zuverlässigkeit der Strombegrenzungsschaltung erreicht, insbesondere auch bei Auftreten von Bauelementen- oder Kommunikationsfehlern in einzelnen Abschnitten der Strombegrenzungsschaltung. Durch die Begrenzung des Stroms (insbesondere bei Auftreten von Kurzschlüssen) wird die dynamische und thermische Belastung für die Bauteile in dem Energieversorgungsnetz deutlich reduziert, so dass die Nutzungsdauer dieser Bauteile deutlich verlängert werden kann.