DD251430A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THE MOTION FLOW OF A SWITCHING PROCESS, ESPECIALLY FOR HIGH VOLTAGE POWER SWITCHES - Google Patents

DEVICE FOR CONTROLLING THE MOTION FLOW OF A SWITCHING PROCESS, ESPECIALLY FOR HIGH VOLTAGE POWER SWITCHES Download PDF

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DD251430A1
DD251430A1 DD29286686A DD29286686A DD251430A1 DD 251430 A1 DD251430 A1 DD 251430A1 DD 29286686 A DD29286686 A DD 29286686A DD 29286686 A DD29286686 A DD 29286686A DD 251430 A1 DD251430 A1 DD 251430A1
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Manfred Ulrich
Lutz Winkler
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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. FigurThe invention aims to provide a device for controlling the sequence of movement of a switching operation, in particular for high-voltage circuit breaker, which allows for safe Betriebfuehrung from the drive side an extension of the Abschaltleistung-Masseverhaeltnis, the abschaltende power can be evaluated via an electronic device and the results as the switch Guide size are available, so that via a valve system of the switch drive in its speed can be acted upon so that the shutdown in each case successfully and the standing Abschaltergie available control is used. According to the invention, it is now provided that the switching rod is rigidly connected with its actuating piston via a guide rod to a blocking piston which is displaceable in a cylinder filled with an electrorheological fluid and seals the actuation cylinder, wherein the electrorheological fluid is connected to the driving system by one of the conditions of the network connected in terms of voltage, current and phase angle evaluating microcomputer system, with a the viscosity or the physical state of the electrorheological fluid changing control voltage can be acted upon. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention can be advantageously used for controlling a switching operation, in particular in high-voltage circuit breakers, wherein the switching operation is controlled according to a predetermined program. The program calculates the path-time characteristic of the switch from the current and voltage values to be switched and accordingly controls the switch drive according to the calculated characteristic values.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.Switchgear for the distribution of electric energy in industry and public networks is u.a. demanded that in addition to a high supply reliability and safe operation management is ensured by them. Safe operation management requires that the switch always switch off the power to be switched safely. The high-voltage circuit breakers switch off the current after a constant characteristic curve, regardless of whether it is a short-circuit current, rated current or an empty circuit. The path-time characteristic is changed only by the opposing force generated by the arc, resulting in the demand that the drive always has to apply the maximum force so that the elimination succeeds safely.

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.For switches with a small stroke and small switching capacity currently used known switch actuators meet the requirements. However, if the switching currents are higher and the contact points are larger, higher demands are placed on the switch drive. Thus, when switching off for the moving contacts to provide an initial speed whose size goes in the direction of infinity, at the extinguishing time for the arc at Korn pressionsschaitern an additional load occurs and at the end of the shift a negative acceleration is applied. When using the known controllers of the relay technology, the switching actuators must fulfill the aforementioned requirements uncontrolled or partially mechanically controlled, d. H. Each energy reserve is used up at every switching operation, which limits the power output of the drive side to ever-higher breaking capacities, in relation to the international requirements for increasing the breaking capacity-mass ratio.

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.The aim of the invention is to provide a device for controlling the movement sequence of a switching operation, in particular for high-voltage circuit breaker, which makes it possible to extend the hitherto existing limits in terms of Abschaltleistung-mass ratio for safe operation of the switch from the drive side for higher Abschaltleistungen.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a means for controlling the movement of a switching operation, in particular for high-voltage circuit breaker, in which the power to be disconnected evaluated by an electronic device and the result is provided to the switch as a reference variable, so that a valve system of the Switch drive in its speed can be acted upon so that the shutdown is successful in any case and the available shutdown energy is used controlled.

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.According to the invention, this object is achieved in that the switching rod is rigidly connected with its actuating piston via a guide rod with a displaced in a filled with an electrorheological fluid seals over the cylinder actuated cylinders blocking piston, wherein the electrorheological fluid via a drive means which with a the Connected to conditions of the network with respect to voltage, current and phase angle evaluating microcomputer system, with a viscosity or the physical state of the electrorheological fluid changing control voltage can be acted upon.

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.When using an electrorheological fluid, which according to the invention is in direct operative connection with the drive, the effect is exploited that the drive speed of the drive can be influenced controlled by the application of a control voltage to the electrorheological fluid depending on the voltage level. It is well known that upon application of a voltage of the order of 2 to 6 kV / mm and a current of 2 mA, the electrorheological fluid cures within a few milliseconds without temperature change to a solid concrete-like mass. The cured electrorheological fluid can withstand shear, tensile and compressive stresses. The transformation from the state of matter liquid to solid is reversible and can be slow or fast depending on the voltage gradient, whereby it is also possible to change only the viscosity of the electrorheological fluid by applying a certain control voltage.

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.The invention makes it possible for the microcomputer system in real-time operation to enable an acceleration of the speed of the shift rod or a delay thereof through the network parameters. In the case of persistent short-circuit current cut-offs, the speed of the drive piston is increased to theoretically infinite in the current zero crossing and decelerated after successful shutdown of the drive piston. The parameters of the control voltages for changing the viscosity of the electrorheological fluid, which are different for the switching operation, are constantly provided by the microcomputer system in the context of the invention. As already indicated above, the device according to the invention is operated at high voltage potential, whereby advantageously the signals from the microcomputer system are transformed to high voltage potential via optical fibers and the control voltage is obtained from the high voltage part of the control device.

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.In a further concrete embodiment of the invention, a sieve-shaped nozzle arrangement is provided in the cylinder containing the electrorheological fluid, to which the control voltage can be applied. In addition, however, it is also possible that the blocking piston is formed Siebbodenförmig and can be acted upon by the control voltage. It is also expedient that capacitors are provided in the high voltage part of the drive means, which are constantly charged to high voltages. Conveniently, the control device is electromagnetically operated or with thyristors or transistors.

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.Characterized in that the high-voltage circuit breaker is not claimed in use of the device according to the invention at every switching operation to its power limit, its life can be significantly increased. Since now at the beginning of the Ausschaltvorganges very fast movements towards the end of the switching out according to the invention slow down well, high turn-off are possible because the Abschaltleistung mass ratio can be significantly increased.

Ausführungsbeispielembodiment

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.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a schematic representation of a drive of a high-voltage circuit breaker in section, with an on and off operation via compressed air.

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.In the switch drive shown in the drawing, the shift rod 1 is connected with its actuating piston 2 via a guide rod 3 rigidly connected to a blocking piston 4, which is displaceable in a filled with an electrorheological fluid 5 cylinder 6, which in turn is connected to a surge tank 7, wherein seals 9 are provided in the region of the passage of the guide rod 3 from the actuating cylinder 8 into the cylinder 6, which on the one hand prevent the escape of compressed air from the actuating cylinder 8 and on the other the escape of electrorheological fluid 5 from the cylinder 6.

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.About a microcomputer system 10, the switching operation is evaluated by the conditions of the network in terms of voltage, current and phase angle and forwarded to a control device 11 which acts on a arranged in the cylinder 6 sieve nozzle arrangement 12 with a certain voltage level. The electrorheological fluid changes its viscosity according to the voltage level, d. H. the sequence of movements of the switching process is decelerated when a voltage increase or accelerated at a voltage reduction. If only a rough control of the switching operation can be achieved, then the nozzle assembly 12 could be omitted. Since the electrorheological fluid 5 is transformed into a pulpy mass at a relatively low voltage, a continuous control can be effected by the nozzle arrangement 12.

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.In the high voltage part 13 of the control device 11, the capacitors Ci to C 5 are constantly maintained at different voltages Ui to Ug, so that according to the required viscosity of the electrorheological fluid of the corresponding capacitor can be controlled.

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.1. A device for controlling the sequence of movements of a switching operation, in particular for high-voltage circuit breakers, characterized in that the switching rod (1) with its actuating piston (2) via a guide rod (3) rigid with a filled with an electrorheological fluid (5) via seals (9) from the actuating cylinder (8) separate cylinder (6) slidable blocking piston (4) is connected, wherein the electrorheological fluid (5) via a drive means (11), which with the conditions of the network with respect to voltage, current and phase angle evaluating microcomputer system (10), with a viscosity or the state of aggregation of the electrorheological fluid (5) changing control voltage can be acted upon. 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.2. Device according to item 1, characterized in that in which the electrorheological fluid (5) containing cylinder (6) eineiebbodenförmige nozzle arrangement (12) is provided, on which the control voltage can be applied. 3. Einrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Blockierkolben (4) im Zylinder (6) siebbodenförmig ausgebildet und mit einer Steuerspannung beaufschlagbar ist.3. Device according to item 2, characterized in that the blocking piston (4) in the cylinder (6) is formed Siebbodenförmig and can be acted upon with a control voltage. 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.4. Device according to item 1 to 3, characterized in that in the high voltage part (13) of the drive means (11) capacitors (Ci to C 4 ) are provided, which are constantly charged to high voltages (U 1 to U 5 ). 5. Einrichtung nach Punkt 1 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansteuereinrichtung (11) elektromagnetisch oder mit Thyristoren bzw. Transistoren betreibbar ist.5. Device according to item 1 or 4, characterized in that the control device (11) is operated electromagnetically or with thyristors or transistors.
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