DE10064525A1 - Mittelspannungsschalteinrichtung - Google Patents
MittelspannungsschalteinrichtungInfo
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- H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Abstract
Es wird eine Mittelspannungsschalteinrichtung mit einer Trennstelle beschrieben, zu der parallel ein Halbleiterschalter angeordnet ist. In Reihe zu dem Halbleiterschalter ist wenisgstens ein Spannungssensor (21, 22; 32) angeordnet, der beim Öffnen der Trennstelle (11, 15) ein Signal abgibt, das den Halbleiterschalter (20) in leitenden Zustand steuert und im weiteren Verlauf der Öffnungsbewegung, insbesondere bei Erreichung der Stellung der Trennstelle, in der die wiederkehrende Spannung gehalten wird, in den Sperrzustand steuert, so daß der Schalter abgeschaltet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Mittelspannungsschalteinrichtung mit wenigstens einer
Trennstelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine Schalteinrichtung, die der eingangs genannten Art ähnlich ist, ist aus der Literatur
stelle Cigre, Sesion- 1996, 13-303 bekannt geworden. In einem Strompfad befindet sich
eine Haupttrennstelle und eine Trennstelle; parallel hierzu ist ein Thyristor geschaltet.
Zur Ausschaltung wird die Hauptkontaktstelle geöffnet und der Strom auf den Thyristor
kommutiert; der Thyristor schaltet dann den Strom ab und die Trennstelle wird geöffnet.
Diese Schalteinrichtung ist für einen Generatorschalter gedacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mitttelspannungschalteinrichtung der eingangs ge
nannten Art zu schaffen, die als Lastschalter oder als Lasttrennschalter Verwendung
finden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß also befindet sich parallel zur Trennstrecke wenigstens ein Mit
telspannungshalbleiterschalter und in Reihe dazu wenigstens ein Sensor, der beim Öff
nen der Trennstelle ein Signal abgibt, das den Halbleiterschalter durchschaltet, daß
heißt in leitenden Zustand und im weiteren Verlauf der Öffnungsbewegung der Trenn
stelle, insbesondere bei Erreichen der Stellung, in der die wiederkehrende Spannung
gehalten wird, in Sperrzustand steuert. Für diesen Schaltvorgang ist der oben genannte
Thyristor wenig geeignet, weil nicht hinreichend steuerbar.
Der Sensor ist ein Spannungssensor, der die Lichtbogenspannung unmittelbar nach der
Kontakttrennung detektiert, die einige 10 Volt betragen kann. Diese Spannung kann als
Triggersignal für die Öffnung des Nebenschlusses eingesetzt werden. Erst dann, wenn
die Schaltkontakte hinreichenden Abstand voneinander haben (Halten der Wiederkehr
spannung), steuert ein zweites Triggersignal den Halbleiter in den Sperrzustand.
Mit den derzeit bekannten schnellen Mittelspannungshalbleiterschaltern im Mikro- bis
Milisekundenbereich kann die Brenndauer des anfänglichen Lichtbogens soweit ver
kürzt werden, daß die Schaltkontakte nahezu kalt bleiben.
Bei der Kontaktrennung ist der Halbleiter in der Nebenstrombahn leitend und trägt den
Laststrom. In diesem Fall tritt kein Lichtbogen auf. Ist der Kontaktabstand hinreichend
groß, wird der Halbleiterschalter in den Sperrzustand gesteuert, so daß der Strom un
terbrochen wird; er hält ebenfalls die Wiederkehrspannung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen
zu entnehmen.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in folgendem:
Lasttrennschalter müssen nach den geltenden Vorschriften drei Hauptaufgaben erfül len: Sie müssen Last- bzw. Kurzschlußströme im eingeschalteten Zustand führen, sol len auf Last- bzw. Kurzschlußströme einschalten und Lastströme ausschalten und sie sollen weiterhin unterschiedliche Potentiale isolieren bzw. trennen gemäß der Isolati onskoordination im ausgeschalteten Zustand.
Lasttrennschalter müssen nach den geltenden Vorschriften drei Hauptaufgaben erfül len: Sie müssen Last- bzw. Kurzschlußströme im eingeschalteten Zustand führen, sol len auf Last- bzw. Kurzschlußströme einschalten und Lastströme ausschalten und sie sollen weiterhin unterschiedliche Potentiale isolieren bzw. trennen gemäß der Isolati onskoordination im ausgeschalteten Zustand.
Von Bedeutung ist dabei das Einhalten von Grenzwerten des Isoliervermögens trotz
Belastung durch Entladungen und Lichtbögen während des Schaltens innerhalb einer
technisch notwendigen und sinnvollen Lebensdauer und Schaltspielzahl.
Löschsysteme, vor allem Lastschalter, bei denen der Strom mit Luft gelöscht wird, sind
deshalb meist sehr aufwendig gestaltet und unterliegen einer entladungs- und lichtbo
genbedingten Alterung bei den Schaltvorgängen.
Andere, aber zumeist auch aufwendige Lösungen sind der Einsatz von Löschmedien
mit hoher dielektrischer Festigkeit, wie SF 6 und Vakuum.
Diese bekannten Anordnungen besitzen aufwendige, strombedingt alternde Lösch-
bzw. Isoliersysteme, und wenn der Einsatz von Lösch- bzw. Isoliermedien hoher dielek
trische Festigkeit erforderlich ist, ist eine zusätzliche separate Löschkammer bzw. ein
gasdichtes Gehäuse erforderlich.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat deshalb den großen Vorteil, daß die nach der
Vorschrift geforderte relativ hohe Anzahl an Laststromausschaltungen von einem nicht
alternden Halbleiterschaltelement übernommen wird. Eine Alterung der Hauptstrom
bahn, die im eingeschalteten Zustand das Führen der Last- bzw. Kurzschlußströme
übernimmt, wird vermieden und das Einhalten von Grenzwerten des Isoliersvermögens
innerhalb einer technisch notwendigen oder sinnvollen Lebensdauer bleibt gewährlei
stet.
Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind,
sollen die Erfindung so wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der Erfin
dung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung.
Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 1.
Die. Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Lasttrennschalters 10. Der Lasttrenn
schalter 10 besitzt eine erste Kontaktstelle 11, die in der Zeichnung schematisch mit
Fingern 12 und 13 ausgestattet ist. Die erste Kontaktstelle könnte natürlich auch zylin
derförmig sein.
Dieser ersten Kontaktstelle 11 ist eine zweite 14 zugeordnet, die in der Fig. 1 schema
tisch zylindrisch ausgebildet ist, wobei mehrere Kontaktfinger vorgesehen sein können.
Die beiden Kontaktstücke 11 und 14 sind mittels eines Schaltrohres 15 im Einschaltzu
stand elektrisch leitend miteinander verbunden, so daß im Einschaltzustand ein Strom I
gemäß Pfeilrichtung A über einen Zugangsleiter 16, der mit dem Kontaktstück 11 ver
bunden ist, und gemäß Pfeilrichtung B durch das Schaltrohr 15 hindurch dem Kontakt
stück 14 zugeleitet wird, wobei an diesem Kontaktstück 14 ein Abgangsleiter 17 ange
schlossen ist.
In einer bestimmten Entfernung a vom ersten Kontaktstück 11 befindet sich ein Zwi
schenkontaktstück 18. Dieses Zwischenkontaktstück 18 kann genauso ausgebildet sein
wie das Kontaktstück 14.
Das Kontaktstück 11 ist über eine Leitung 19 mit dem Zwischenkontaktstück 18 ver
bunden und in diesem Leiter 19 befinden sich ein Halbleiterschalter 20 und parallel da
zu zwei Spannungssensoren 21 und 22, deren Signale über jeweils eine Leitung 23 und
24 den Halbleiterschalter 20 ansteuern.
Wenn nun eine Ausschalthandlung durchgeführt wird, dann gleitet das Schaltrohr 15
entsprechend der Pfeilrichtung C1 aus dem Kontaktstück 11 heraus; bei Verlassen der
Ebene A-A entsteht ein Schaltlichtbogen mit einer Spannung von einigen 10 Volt. Diese
Spannung wird von den Stromsensoren 21 oder 22 kapazitiv bzw. induktiv detektiert
und dadurch der Halbleiterschalter in den leitenden Zustand gesteuert, so daß der
Strom I im wesentlichen auf den Nebenpfad (Leitung 19) kommotiert und zum Zwi
schenkontaktstück 18 gelangt, wodurch der Lichtbogen verschwindet. Hat das Rohr die
Position B-B erreicht, dann besitzt die Stirnseite 25 des Schaltrohres von dem Kontakt
stück 11 einen Abstand a, der ausreicht, zu verhindern, daß zwischen dem Schaltrohr
15 und dem Kontaktstück 11 ein Durchschlag entsteht. Diese geöffnete Strecke erfüllt
neben den Schaltstrecken- auch die Trennstreckenbedingungen. In diesem Falle, der
durch die beiden Spannungswandler 21 bzw. 22 dedektiert wird, wird der Halbleiter
schalter 20 in Sperrichtung gesteuert, wodurch der Strom lichtbogenfrei unterbrochen
wird. Das Schaltrohr 15 wird anschließend über das Zwischenkontaktstück 18 in die
Position C-C zurückgezogen, die kurz vor dem Kontaktstück 14 liegt; dadurch ist auch
ein ausreichender, gut sichtbarer Abstand zwischen dem Zwischenkontaktstück 18 und
dem Schaltrohr 15 erreicht. Im Gegensatz zur der Anordnung nach der oben genannten
Literaturstelle ist dann auch der Halbleiterschalter entlastet und damit die Zuverlässig
keit erhöht.
Beim Einschalten des Lastschalters 10 schiebt ein Antrieb (nicht dargestellt) das Schal
trohr 15 über die Stirnfläche 26 in Pfeilrichtung C2 in Richtung zwischen Kontaktstück
18 und Kontaktstück 11 und schließt auf diese Weise den Kreis zwischen der Zu- und
Abführungsleitung 16, 17. Man kann gemäß einer weiteren Ausführung nach Erreichen
der Stelle B-B, was wieder durch die Spannungssensoren detektiert wird, den Halblei
terschalter 20 einschalten, so daß die Kontaktstelle zwischen dem Schaltrohr 15 und
dem Kontaktstück 11 lichtbogenfrei geschlossen wird.
Die Fig. 2 zeigt einen Lastschalter 30 in einer anderen Ausgestaltung. Gleichwirkende
Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Der Lastschalter 30 weist das Kontaktstück 11 und das Kontaktstück 14 auf; zum Kon
taktstück 11 führt die Zuleitung gemäß Pfeilrichtung A und vom Kontaktstück 14 führt
die Ableitung 17 gemäß Pfeilrichtung D ab. Innerhalb des Schaltrohres 15 fließt der
Strom gemäß Pfeilrichtung B. Das Schaltrohr 15 wird in gleicher Weise in Pfeilrichtung
C1 bzw. C2 in Ausschaltrichtung bzw. in Einschaltrichtung bewegt.
Über einen als Nebenschluß dienenden Leiter 31 ist das Kontaktstück 11 mit dem
Kontaktstück 14 elektrisch leitend verbunden. Innerhalb des Nebenschlusses 31 befin
det sich der Halbleiterschalter 20; in Reihe mit dem Halbleiterschalter 20 ist eine Kon
troll- bzw. Steuereinheit 30 in den Nebenpfad eingeschaltet, deren Ausgangssignale
über Steuerleitungen 33 und 34 den Halbleiterschalter in Durchlaßrichtung bzw. in
Sperrrichtung ansteuern.
Wenn die Stirnfläche des Schaltrohres die Linie A-A bei der Ausschaltbewegung C1
überschreitet, entsteht zwischen dem Schaltrohr 15 und dem Kontaktstück 11 eine
Spannung, die von der Steuer- und Kontrolleinheit 32 dedektiert wird; dann wird der
Halbleiterschalter in Durchlaßrichtung geschaltet, so daß der Strom I über die Zuleitung
16, das Kontaktstück 11, den Nebenstrompfad 31 zum Kontaktstück 14 und zur Ablei
tung 17 fließen kann. Wenn die Stirnfläche 25 des Schaltrohres 15 die Linie B-B er
reicht, dann wird diese Stellung von einem Detektionselement 35 detektiert; in diesem
Falle befindet sich zwischen der Linie A-A und der Linie B-B ein Abstand a1.
Das Element 35 kann ein Positionsmeßgerät sein; es kann aber auch ein Zeitglied sein,
das nach einer bestimmten Zeit, in der voraussichtlich die Strecke a1 überwunden sein
wird, ein Signal abgibt, das über eine Leitung 36 der Einheit 32 zugeführt wird, so daß
der Halbleiterschalter ausgeschaltet wird. Durch die Ausschaltung bzw. durch die
Steuerung des Halbleiterschalters in den Sperrzustand erfolgt die Ausschaltung des
Lasttrennschalters 30 ebenfalls bogen- und wiederzündungsfrei. Die Distanz a1 ist die
Distanz des erforderlichen Durchschlagabstandes.
Der Vorteil der Schaltung nach Fig. 1 wird deutlich. Nach dem Ausschalten liegt die
Wiederkehrspannung nicht am Halbleiterschaltelement an.
Wenn das Schaltgerät eingeschaltet werden soll, dann wird das Schaltrohr 15 gemäß
Pfeilrichtung C2 hin zum Kontaktstück 11 verschoben; bei Überquerung der Linie B-B
wird über das Element 35 und die Steuereinheit 32 der Halbleiterschalter in Durchlaß
richtung gesteuert, so daß der Strom über den Nebenschlußpfad 31 fließen kann. Erst
dann, wenn dedektiert wird, daß zwischen dem Schaltrohr 15 und der Kontaktstelle kein
Spannungsabfall mehr vorhanden ist, wird der Halbleiterschalter in Sperrichtung ge
steuert, so daß die Einschaltung ebenfalls lichtbogenfrei erfolgen kann.
Wenn eine Forderung nach einer Trennstreckenbedingung erhoben wird, kann eine zu
sätzlich in Reihe befindliche Isolierstrecke vorgesehen werden.
Claims (6)
1. Mittelspannungsschalteinrichtung mit einer Trennstelle, zu der parallel ein
Halbleiterschalter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Halb
leiterschalter wenigstens ein Spannungssensor (21, 22; 32) angeordnet ist, der beim
Öffnen der Trennstelle (11, 15) ein Signal abgibt, das den Halbleiterschalter (20) in lei
tenden Zustand steuert und im weiteren Verlauf der Öffnungsbewegung, insbesondere
bei Erreichung der Stellung der Trennstelle, in der die wiederkehrende Spannung ge
halten wird, in Sperrzustand steuert, so daß der Schalter abgeschaltet ist.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenig
stens eine Spannungssensor (21, 22) in einem Nebenschlußpfad (19) angeordnet ist,
der das Kontaktstück (11) mit einem Zwischenkontaktstück (18) verbindet, wobei der
Abstand des Zwischenkontaktstückes vom Kontaktstück (11) dem Durchschlagsab
stand entspricht.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
des Zwischenkontaktstückes (18) zu dem mit der Stromableitung (17) verbundenen
zweiten Kontaktstück (14) dem Durchschlagsabstand entspricht.
4. Schalteinrichtung nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß mit
der Freigabe von Zwischenkontaktstück (18) die Wiederkehrspannung nicht mehr am
Halbleiterschalter anliegt.
5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das erste
und zweite Kontaktstück (14) mittels eines Nebenschlußpfades (31) überbrückt sind, in
der ein Halbleiterschalter (20) und eine Steuereinheit (32) zum Ansteuern des Halblei
terschalters (20) vorgesehen sind.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe
des zweiten Kontaktstücks (14) eine Postionserfassungseinrichtung (35) vorgesehen
ist, die den Durchlauf des Schaltrohres (15) dedektiert, und ein Steuersignal zum Aus
schalten bzw. zum Einschalten des Halbleiterschalters (20) abgibt.
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