DD251430A1 - Einrichtung zum steuern des bewegungsablaufes eines schaltvorganges, insbesondere fuer hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezweckt die Bereitstellung einer Einrichtung zum Steuern des Bewegungsablaufes eines Schaltvorganges, insbesondere fuer Hochspannungsleistungsschalter, welche bei sicherer Betriebsfuehrung von der Antriebsseite her eine Erweiterung des Abschaltleistung-Masseverhaeltnisses ermoeglicht, wobei die abzuschaltende Leistung ueber eine elektronische Einrichtung auswertbar ist und die Ergebnisse dem Schalter als Fuehrungsgroesse zur Verfuegung stellbar sind, so dass ueber ein Ventilsystem der Schalterantrieb in seiner Geschwindigkeit so beaufschlagbar ist, dass die Abschaltung in jedem Fall erfolgreich und die zur Verfuegung stehende Abschaltenergie gesteuert einsetzbar ist. Erfindungsgemaess ist nunmehr vorgesehen, dass die Schaltstange mit ihrem Betaetigungskolben ueber eine Fuehrungsstange starr mit einen in einem mit einer elektrorheologischen Fluessigkeit gefuellten ueber Dichtungen vom Betaetigungszylinder getrennten Zylinder verschiebbaren Blockierkolben verbunden ist, wobei die elektrorheologische Fluessigkeit ueber eine Ansteuereinrichtung, welche mit einem die Bedingungen des Netzes hinsichtlich Spannung, Strom und Phasenwinkel auswertenden Mikrorechnersystem verbunden ist, mit einer die Viskositaet bzw. den Aggregatzustand der elektrorheologischen Fluessigkeit aendernden Steuerspannung beaufschlagbar ist. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann vorteilhaft zum Steuern eines Schaltvorganges, insbesondere bei Hochspannungsleistungsschaltern, angewendet werden, wobei der Schaltvorgang nach einem vorgegebenen Programm gesteuert wird. Das Programm berechnet aus den zu schaltenden Strom- und Spannungswerten die Weg-Zeit-Kennlinie des Schalters und steuert entsprechend den Schalterantrieb nach den errechneten Kennwerten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Von Schaltanlagen zur Verteilung von Elektroenergie in Industrie und öffentlichen Netzen wird u.a. gefordert, daß durch sie neben einer hohen Versorgungszuverlässigkeit auch eine sichere Betriebsführung gewährleistet wird. Von einer sicheren Betriebsführung wird gefordert, daß der Schalter den zu schaltenden Strom immer sicher abschaltet. Die Hochspannungsleistungsschalter schalten nach einer konstanten Kennlinie den Strom ab, gleich ob es sich dabei um einen Kurzschlußstrom, Nennstrom oder eine Leerschaltung handelt. Die Weg-Zeit-Charakteristik wird nur durch die vom Lichtbogen erzeugte Gegenkraft verändert, woraus die Forderung resultiert, daß der Antrieb immer die maximale Kraft aufzubringen hat, damit die Ausschaltung sicher gelingt.

Bei Schaltern mit kleinem Hub und kleiner Schaltleistung genügen die derzeitig eingesetzten bekannten Schalterantriebe den gestellten Anforderungen. Werden die Schaltströme jedoch höher und die Kontaktstellen größer sind an den Schalterantrieb höhere Anforderungen gestellt. So ist beim Ausschaltvorgang für die beweglichen Kontakte eine Anfangsgeschwindigkeit vorzusehen, deren Größein Richtung unendlich geht, wobei zum Löschzeitpunkt für den Lichtbogen bei Korn pressionsschaitern eine zusätzliche Belastung auftritt und am Ende des Schaltvorganges eine negative Beschleunigung aufzubringen ist. Bei Einsatz der bekannten Steuerungen der Relaistechnik müssen die Schaltantriebe die vorstehend genannten Forderungen ungesteuert bzw. teilweise mechanisch gesteuert erfüllen, d. h. es werden bei jedem Schaltvorgang alle Energiereserven aufgebraucht, wodurch von der Antriebsseite herden immer höheren Abschaltleistungen, in bezug auf die internationalen Forderungen, das Abschaltleistung-Masseverhältnis zu erhöhen, Grenzen gesetzt sind.

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einrichtung zum Steuern des Bewegungsablaufes eines Schaltvorganges, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter, welche es ermöglicht, bei sicherer Betriebsführung des Schalters von der Antriebsseite her für höhere Abschaltleistungen die bisher bestehenden Grenzen hinsichtlich des Abschaltleistung-Masseverhältnisses zu erweitern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Steuern des Bewegungsablaufes eines Schaltvorganges, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter zu schaffen, bei der die abzuschaltende Leistung über eine elektronische Einrichtung ausgewertet und das Ergebnis dem Schalter als Führungsgröße zur Verfügung gestellt wird, so daß über ein Ventilsystem der Schalterantrieb in seiner Geschwindigkeit so beaufschlagbar ist, daß die Abschaltung in jedem Fall erfolgreich und die zur Verfugung stehende Abschaltenergie gesteuert einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch, gelöst, daß die Schaltstange mit ihrem Betätigungskolben über eine Führungsstange starr mit einem in einen mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit gefüllten über Dichtungen vom Betätigungszylinder getrennten Zylinder verschiebbaren Blockierkolben verbunden ist, wobei die elektrorheologische Flüssigkeit über eine Ansteuereinrichtung, welche mit einem die Bedingungen des Netzes hinsichtlich Spannung, Strom und Phasenwinkel auswertenden Mikrorechnersystem verbunden ist, mit einer die Viskosität bzw. den Aggregatzustand der elektrorheologischen Flüssigkeit ändernden Steuerspannung beaufschlagbar ist.

Bei Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit, die erfindungsgemäß in direkter Wirkverbindung mit dem Antrieb steht, wird der Effekt ausgenutzt, daß durch das Anlegen einer Steuerspannung an die elektrorheologische Flüssigkeit die Antriebsgeschwindigkeit des Antriebes je nach Spannungshöhe gesteuert beeinflußt werden kann. Es ist an sich bekannt, daß bei Anlegen einer Spannung in der Größenordnung von 2 bis 6kV/mm und einer Stromstärke von 2 mA die elektrorheologische Flüssigkeit innerhalb einiger Millisekunden ohne Temperaturänderung in eine feste betonähnliche Masse aushärtet. Die ausgehärtete elektrorheologische Flüssigkeit hält Scherkräfte sowie Zug- und Druckbeanspruchungen aus. Die Umwandlung vom Aggregatzustand flüssig zu fest ist reversibel und kann je nach Spannungsgradient langsam oder schnell vor sich gehen, wobei es auch möglich ist, durch das Anlegen einer bestimmten Steuerspannung nur die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit zu ändern.

Durch die Erfindung wird ermöglicht, daß durch die Netzparameter das Mikrorechnersystem im Echtzeitbetrieb eine Beschleunigung der Geschwindigkeit der Schaltstange oder eine Verzögerung derselben ermöglicht. Bei hartnäckigen Kurzschlußstromabschaltungen wird die Geschwindigkeit des Antriebskolbens im Stromnulldurchgang auf theoretisch unendlich erhöht und nach gelungener Abschaltung der Antriebskolben abgebremst. Die Parameter der für de'n Schaltvorgang verschiedenen Steuerspannungen zur Viskositätsänderung der elektrorheologischen Flüssigkeit werden im Rahmen der Erfindung ständig durch das Mikrorechnersystem bereitgestellt. Wie bereits schon oben angedeutet, wird die erfindungsgemäße Einrichtung auf Hochspannungspotential betrieben, wodurch vorteilhafterweise die Signale vom Mikrorechnersystem über Lichtwellenleiter auf Hochspannungspotential transformiert werden und die Steuerspannung aus dem Hochspannungsteil der Ansteuereinrichtung gewonnen wird.

In weiterer konkreter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem die elektrorheologische Flüssigkeit enthaltenden Zylinder eine siebbodenförmige Düsenanordnung vorgesehen, an der die Steuerspannung anlegbar ist. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, daß der Blockierkolben siebbodenförmig ausgebildet und mit der Steuerspannung beaufschlagbar ist. Zweckmäßig ist weiterhin, daß im Hochspannungsteil der Ansteuereinrichtung Kondensatoren vorgesehen sind, welche ständig auf Hochspannungen aufgeladen sind. Zweckmäßigerweise ist die Ansteuereinrichtung elektromagnetisch oder mit Thyristoren bzw. Transistoren betreibbar.

Dadurch, daß der Hochspannungsleistungsschalter bei Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht bei jedem Schaltvorgang bis an seine Leistungsgrenze beansprucht wird, kann seine Lebensdauer wesentlich erhöht werden. Da sich nunmehr die am Anfang des Ausschaltvorganges sehr schnellen Bewegungsabläufe zum Ende des Schaltvorganges hin erfindungsgemäß gut abbremsen lassen, sind hohe Abschaltleistungen möglich, da das Abschaltleistung-Masseverhältnis wesentlich vergrößert werden kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebes eines Hochspannungsleistungsschalters im Schnitt, mit einer Ein- und AusBetätigung über Druckluft.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Schalterantrieb ist die Schaltstange 1 mit ihrem Betätigungskolben 2 über eine Führungsstange 3 starr mit einem Blockierkolben 4 verbunden, der in einem mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit 5 gefüllten Zylinder 6, welcher wiederum mit einem Ausgleichbehälter 7 verbunden ist, verschiebbar ist, wobei im Bereich des Durchtrittes der Führungsstange 3 vom Betätigungszylinder 8 in den Zylinder 6 Dichtungen 9 vorgesehen sind, die zum einen das Entweichen von Druckluft aus dem Betätigungszylinder 8 und zum anderen das Entweichen von elektrorheologischer Flüssigkeit 5 aus dem Zylinder 6 verhindern.

Über ein Mikrorechnersystem 10 wird der Schaltvorgang von den Bedingungen des Netzes hinsichtlich Spannung, Strom und Phasenwinkel ausgewertet und an eine Ansteuereinrichtung 11 weitergeleitet, die eine im Zylinder 6 angeordnete siebbodenförmige Düsenanordnung 12 mit einer bestimmten Spannungshöhe beaufschlagt. Die elektrorheologische Flüssigkeit ändert dabei entsprechend der Spannungshöhe ihre Viskosität, d. h. der Bewegungsablauf des Schaltvorganges wird bei einer Spannungserhöhung abgebremst bzw. bei einer Spannungssenkung beschleunigt. Soll nur eine grobe Regelung des Schaltvorganges erreicht werden, so könnte die Düsenanordnung 12 entfallen. Da die elektrorheologische Flüssigkeit 5 bei relativ kleiner Spannung sich in eine breiige Masse verwandelt, kann durch die Düsenanordnung 12 eine stetige Regelung erfolgen.

Im Hochspannungsteil 13 der Ansteuereinrichtung 11 werden die Kondensatoren Ci bis C₅ ständig auf verschieden hohe Spannungen Ui bis Ug gehalten, so daß entsprechend der benötigten Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit der entsprechende Kondensator ansteuerbar ist.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Steuern des Bewegungsablaufes eines Schaltvorganges, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltstange (1) mit ihrem Betätigungskolben (2) über eine Führungsstange (3) starr mit einem in einen mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit (5) gefüllten über Dichtungen (9) vom Betätigungszylinder (8) getrennten Zylinder (6) verschiebbaren Blockierkolben (4) verbunden ist, wobei die elektrorheologische Flüssigkeit (5) über eine Ansteuereinrichtung (11), welche mit einem die Bedingungen des Netzes hinsichtlich Spannung, Strom und Phasenwinkel auswertenden Mikrorechnersystem (10) verbunden ist, mit einer die Viskosität bzw. den Aggregatzustand der elektrorheologischen Flüssigkeit (5) ändernden Steuerspannung beaufschlagbar ist.

2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in dem die elektrorheologische Flüssigkeit (5) enthaltenden Zylinder (6) einesiebbodenförmige Düsenanordnung (12) vorgesehen ist, an der die Steuerspannung anlegbar ist.

3. Einrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Blockierkolben (4) im Zylinder (6) siebbodenförmig ausgebildet und mit einer Steuerspannung beaufschlagbar ist.

4. Einrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß im Hochspannungsteil (13) der Ansteuereinrichtung (11) Kondensatoren (C-i bis C₄) vorgesehen sind, welche ständig auf Hochspannungen (U₁ bis U₅) aufgeladen sind.

5. Einrichtung nach Punkt 1 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansteuereinrichtung (11) elektromagnetisch oder mit Thyristoren bzw. Transistoren betreibbar ist.