DE10059115A1 - Mittelspannungs- Leistungsschalteranordnung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Mittelspannungs-Leistungsschalteranordnung beschrieben, bei der im Strompfad ein Mittelspannungs-Halbleistungsschalter (4) und ein Stromsensor (1) in Reihe angeordnet sind. Die Ausgangssignale des Stromsensors (1) werden digitalisiert und verarbeitet und einer Steuereinheit (3) zugeführt, die den Halbleiterleistungsschalter (4) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mittelspannungs-Leistungsschalteranordnung.

Leistungsschalter der üblichen Art sind als SF 6-, Druckluftölarme- oder Vakuum-Lei­ stungsschalter ausgebildet. Diese Leistungsschalter müssen nach den geltenden Vor­ schriften Last- und Kurzschlußströme im eingeschalteten Zustand führen, Last- und Kurzschlußströme ein- und ausschalten und unterschiedliche Potentiale im ausge­ schalteten Zustand isolieren und von einander trennen. Das Lösch- und Isoliervermö­ gen sowie die Stromtragfähigkeit müssen innerhalb einer technisch notwendigen und sinnvollen Lebensdauer sowie mit einer bestimmten Anzahl von Schaltspielen gewähr­ leistet sein. Herkömmliche Leistungsschalter erfüllen in der Regel diese Anforderungen; jedoch sind wegen der getrennten Anordnung von elektrischem Teil (Schalterpol) und mechanischem Teil (Antriebskinematik) Fehler nicht vollständig auszuschließen. Trotz hoher Funktionalität und Zuverlässigkeit herkömmlicher Leistungsschalter sind aufgrund notwendiger Bewegungsverläufe zur Sicherung der Hauptanforderungen sowie Über­ tragungssysteme kinematisch bedingte Ausfälle mit einer geringen statistischen Wahr­ scheinlichkeit möglich.

Wegen der Trennung von Schalterpol mit Löschsystem und Antriebskinematik, die über eine Transmissionanordnung miteinander verbunden sind, wirken sich die erforderli­ chen Einzelteile, Baugruppen und Übertragungssysteme auf die Schaltspielzahlen und damit auf die Lebensdauer, auf die Schalt- bzw. Reaktionszeiten und auf die Schaltge­ schwindigkeiten aus. Darüber hinaus kann das Schalten von Last- bzw. Kurzschluß­ strömen insbesondere bei gasisolierten Schaltern zu Veränderungen des Löschmedi­ ums führen; beispielsweise ergeben Schaltungen in SF6-Gas bestimmte Zersetzungs­ produkte und Restgase. Darüber hinaus können auch Umweltfaktoren, wie Verschmut­ zung und Temperatureinflüsse die mechanische und elektrische Funktionalität negativ beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mittelspannungs-Leistungsschalteranordnung zu schaffen, deren Lebensdauer und praktische Wartungsfreiheit hoch sind, wobei die Versorgungssicherheit durch Reaktionszeiten des Systems im Millisekundenbereich gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß sind im Strompfad ein Mittelspannungs-Halbleiterschalter und ein Stromsensor angeordnet, dessen Ausgangssignale einer Mittelspannungs-Halbleiter­ schaltersteuereinheit zuführbar sind, die den Halbleiterschalter bei Auftreten eines Überstromes oder Kurzschlußstromes in Sperrzustand schaltet und damit ausschaltet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Ausgangssignale des Sensors einer Digitalsignalprozessoreinheit zuführbar sein, die die Signale digitalisiert und auswertet. Diese Auswertung erfolgt, z. B. mittels einer sogenannten Fast-Fourier- Transformation.

Die ausgewerteten Signale werden erfindungsgemäß der Steuereinheit zugeführt, die den Strom-Zeitverlauf der Signale nach Stromampituden in den einzelnen Phasen, Nulldurchgang unter Berücksichtung des di/dt-Wertes und der Netztkonfiguration aus­ wertet und danach den Halbleiterschalter ansteuert.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird eine Trennung von elektrischem und mechanischem Teil eines Leistungsschalters vermieden, wobei auch keine Transmissi­ ons- bzw. andere kinematische Anordnungen und Übertragungssysteme vorhanden sind. Damit werden eine hohe Lebensdauer und eine praktische Wartungsfreiheit er­ reicht, wobei eine Optimierung der Herstellungskasten und eine kompakte kleinräumige Ausführung auch für Mittelspannungs-Verteilsysteme ermöglicht wird. Die erfindungs­ gemäße Schalteranordnung ist weitgehend umgebungs- und temperaturunabhängig, so daß Umwelteinflüsse und höhere Temperaturen nur geringen Einfluß haben. Da die Reaktionszeiten, das heißt Schaltzeiten, der Anordnung im Millisekundenbereich liegen, ist eine sehr hohe Versorgungssicherheit gewährleistet.

Darüber hinaus ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß ein außeror­ dentlich hoher Standardisierungsgrad möglich ist; man erreicht eine praktisch einheitli­ che Ausführung bzw. eine einheitliche Ausgestaltung für unterschiedlichste technische Anforderungen wie Stromtragfähigkeit, Schalt- und Isoliervermögen. Darüber hinaus kann die Anordnung in vielen Fällen angewendet werden, beispielsweise beim genera­ tornahen Einsatz und unterschiedlichen Netzkonfigurationen.

Anhand der Zeichnungen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist soll die Erfindung so wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

In einem Netzleiter 10 befinden sich ein Stromsensor 1 sowie ein Mittelspannungs- Halbleiterschalter 4. Der Stromsensor 1 erzeugt Signale, die einer Digitalisierungs- und Auswerteeinheit 2 zugeführt werden; deren Ausgangssignale werden einer Steuerein­ heit 3 zugeführt, die den Leistungshalbleiter 4 ansteuert.

Der Stromsensor 1, der als Strommeßsystem auf Sensorbasis arbeitet, generiert ein weiter zu verarbeitendes Kleinsignal beispielsweise im Falle eines Über- oder Kurz­ schlußstromes. Die Verwendung eines solchen Stromsensors ist kostenmäßig günstig, da für die Erzeugung von Meßsignalen besondere Normen nicht berücksichtigt werden müssen.

Die Digitalisierungs- und Auswerteeinheit 2 enthält einen Digital-Signalprozessor zur Digitalisierung und Auswertung des von dem Sensor herkommenden Kleinsignales mittels einer Fast-Fourier-Transformation. Die Ausgangssignale der Auswerteeinheit 2 werden der Steuereinheit 3 zugeführt, die mittels eines Algorithmus den Strom-Zeit­ verlauf des Kleinsignales hinsichtlich der Stromamplitude in den einzelnen Phasen, der Ermittlung des Stromnulldurchganges unter Berücksichtigung der Stromsteilheit di/dt unter anderem für stromprogrammiertes Ausschälten bewertet. Der Algorithmus be­ rücksichtigt weiterhin Netzkonfigurationen; es wird also berücksichtigt die Sternpunkt­ behandlung so wie Fehlerarten, wie ein- oder mehrpolige, mit und ohne Erdverbindung, generatornah bzw. generatorfern.

Die Genauigkeitsanforderungen an die Steuereinheit werden unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems durch die technischen Eigenschaften des Halbleiter-Leistungsschalters bestimmt.

Der Leistungsschalter 4 ist ein Leistungsschalter auf Halbleiterbasis, der mittels der Steuereinheit ein- bzw. dreiphasig angesteuert werden kann. Dessen Reaktions- und Rekombinationszeiten liegen im Millisekundenbereich. Dies ermöglicht neben der ho­ hen Lebensdauer einen grundlegenden Beitrag zur Versorgungssicherheit des Netzsy­ stems. Damit verbunden sind Anwendungsmöglichkeiten wie zum Beispiel getriggertes bzw. schnellstes und stromprogrammiertes Schalten.

Aufgrund der Ausgestaltung des Halbleiter-Leistungsschalters besteht auch die Mög­ lichkeit, im Bereich des Spannungsnulldurchganges einzuschalten und darüber hinaus kann durch eine zusätzliche Spannungsmessung gleichfalls auf Sensorbasis eine Er­ weiterung der Funktionen erreicht werden.

In Reihe mit dem Stromsensor 1 und dem Leistungshalbleiter 4 befindet sich eine Trennstrecke 5, die stromlos geschaltet werden kann und daher eine einfache Trenn­ strecke ist.

Claims (4)

1. Mittelspannungs-Leistungsschalteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß im Strompfad (10) ein Mittelspannungs-Halbleiterleistungsschalter (4) und ein Strom­ sensor (1) in Reihe angeordnet sind, und daß die Ausgangssignale des Stromsensors einer Schaltersteuereinheit (3) zuführbar sind, die den Halbleiter-Leistungsschalter bei Auftreten eines Überstromes (Kurzschlußstromes) ausschaltet bzw. in den Sperrzu­ stand steuert.

2. Leistungsschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Sensors (1) einer Digitalprozessoreinheit (2) zuführbar sind, die die Signale digitalisiert und auswertet.

3. Leistungsschalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinheit (3) den Strom-Zeitverlauf der Signale nach Stromamplitude in den einzelnen Phasen, Nulldurchgang unter Berücksichtigung der Stromsteilheit (di/dt) und der Netzkonfiguration auswertet und danach den Halbleiter-Leistungsschal­ ter (4) ansteuert.

4. Leistungschalteranordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Reihe mit dem Stromsensor (1) und dem Halbleiter-Leistungs­ schalter (4) eine Trennstrecke (5) geschaltet ist.