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Die
Erfindung betrifft eine Mittelspannungsschalteinrichtung mit wenigstens
einer Trennstelle, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Eine
Schalteinrichtung, die der eingangs genannten Art ähnlich ist,
ist aus der Literaturstelle Cigre, Session-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.
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Diese
Schalteinrichtung ist für
einen Generatorschalter gedacht.
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Aus
der
DE 3543804 A1 ist
ein Festkörper-Lastschalter
bekannt, der parallel zu sichtbaren Kontaktstücken angeordnet ist und mittels
eines Triacs den Lichtbogen löscht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Mitttelspannungschalteinrichtung der
eingangs ge nannten Art zu schaffen, die als Lastschalter oder als
Lasttrennschalter Verwendung finden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß also befindet
sich parallel zur Trennstrecke wenigstens ein Mittelspannungshalbleiterschalter
und in Reihe dazu wenigstens ein Sensor, der beim Öffnen der
Trennstelle ein Signal abgibt, das den Halbleiterschalter durchschaltet,
daß heißt in leitenden
Zustand und im weiteren Verlauf der Öffnungsbewegung der Trennstelle,
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.
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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 Wiederkehrspannung), steuert ein zweites
Triggersignal den Halbleiter in den Sperrzustand.
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Mit
den derzeit bekannten schnellen Mittelspannungshalbleiterschaltern
im Mikro- bis Milisekundenbereich kann die Brenndauer des anfänglichen
Lichtbogens soweit verkürzt
werden, daß die Schaltkontakte
nahezu Kalt bleiben.
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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
unterbrochen wird; er hält
ebenfalls die Wiederkehrspannung.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Der
besondere Vorteil der Erfindung liegt in folgendem:
Lasttrennschalter
müssen
nach den geltenden Vorschriften drei Hauptaufgaben erfüllen: Sie
müssen Last-
bzw. Kurzschlußströme im eingeschalteten
Zustand führen,
sollen auf Last- bzw. Kurzschlußströme einschalten
und Lastströme
ausschalten und sie sollen weiterhin unterschiedliche Potentiale
isolieren bzw. trennen gemäß der Isolationskoordination
im ausgeschalteten Zustand.
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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.
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Löschsysteme,
vor allem Lastschalter, bei denen der Strom mit Luft gelöscht wird,
sind deshalb meist sehr aufwendig gestaltet und unterliegen einer entladungs-
und lichtbogenbedingten Alterung bei den Schaltvorgängen.
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Andere,
aber zumeist auch aufwendige Lösungen
sind der Einsatz von Löschmedien
mit hoher dielektirischer Festigkeit, wie SF 6 und Vakuum.
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Diese
bekannten Anordnungen besitzen aufwendige, strombedingt alternde
Lösch- bzw. Isoliersysteme,
und wenn der Einsatz von Lösch-
bzw. Isoliermedien hoher dielektrische Festigkeit erforderlich ist,
ist eine zusätzliche
separate Löschkammer
bzw. ein gasdichtes Gehäuse
erforderlich.
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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 Hauptstrombahn, 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 gewährleistet.
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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.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführung der Erfindung und
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsfarm der Erfindung.
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Es
sei nun Bezug genommen auf die 1.
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Die 1 zeigt
eine erste Ausgestaltung eines Lasttrennschalters 10. Der
Lasttrennschalter 10 besitzt eine erste Kontaktstelle 11,
die in der Zeichnung schematisch mit Fingern 12 und 13 ausgestattet
ist. Die erste Kontaktstelle könnte
natürlich
auch zylinderförmig
sein.
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Dieser
ersten Kontaktstelle 11 ist eine zweite 14 zugeordnet,
die in der 1 schematisch zylindrisch ausgebildet
ist, wobei mehrere Kontaktfinger vorgesehen sein können. Die
beiden Kontaktstücke 11 und 14 sind
mittels eines Schaltrohres 15 im Einschaltzustand elektrisch
leitend miteinander verbunden, so daß im Einschaltzustand ein Strom
I gemäß Pfeilrichtung
A über
einen Zugangsleiter 16, der mit dem Kontaktstück 11 verbunden
ist, und gemäß Pfeilrichtung
B durch das Schaltrohr 15 hindurch dem Kontaktstück 14 zugeleitet
wird, wobei an diesem Kontaktstück 14 ein
Abgangsleiter 17 angeschlossen ist.
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In
einer bestimmten Entfernung a vom ersten Kontaktstück 11 befindet
sich ein Zwischenkontaktstück 18.
Dieses Zwischenkontaktstück 18 kann
genauso ausgebildet sein wie das Kontaktstück 14.
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Das
Kontaktstück 11 ist über eine
Leitung 19 mit dem Zwischenkontaktstück 18 verbunden und
in diesem Leiter 19 befinden sich ein Halbleiterschalter 20 und
parallel dazu zwei Spannungssensoren 21 und 22,
deren Signale über
jeweils eine Leitung 23 und 24 den Halbleiterschalter 20 ansteuern.
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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 Zwischenkontaktstück 18 gelangt,
wodurch der Lichtbogen verschwindet. Hat das Rohr die Position B-B erreicht,
dann besitzt die Stirnseite 25 des Schaltrohres von dem
Kontaktstück 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 Halbleiterschalter 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 Zwischenkantaktstück 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 Zuverlässigkeit
erhöht.
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Beim
Einschalten des Lastschalters 10 schiebt ein Antrieb (nicht
dargestellt) das Schaltrohr 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 Halbleiterschalter 20 einschalten, so
daß die
Kontaktstelle zwischen dem Schaltrohr 15 und dem Kontaktstück 11 lichtbogenfrei
geschlossen wird.
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Die 2 zeigt
einen Lastschalter 30 in einer anderen Ausgestaltung. Gleichwirkende
Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Der
Lastschalter 30 weist das Kontaktstück 11 und das Kontaktstück 14 auf;
zum Kontaktstück 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.
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Über einen
als Nebenschluß dienenden
Leiter 31 ist das Kontaktstück 11 mit dem Kontaktstück 14 elektrisch
leitend verbunden. Innerhalb des Nebenschlusses 31 befindet
sich der Halbleiterschalter 20; in Reihe mit dem Halbleiterschalter 20 ist
eine Kontroll- bzw. Steuereinheit 30 in den Nebenpfad eingeschaltet,
deren Ausgangssignale über
Steuerleitungen 33 und 34 den Halbleiterschalter
in Durchlaßrichtung
bzw. in Sperrrichtung ansteuern.
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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 1 über
die Zuleitung 16, das Kontaktstück 11, den Nebenstrampfad 31 zum
Kontaktstück 14 und
zur Ableitung 17 fließen
kann. Wenn die Stirnfläche 25 des
Schaltrohres 15 die Linie B-B erreicht, 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.
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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.
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Der
Vorteil der Schaltung nach 1 wird deutlich.
Nach dem Ausschalten liegt die Wiederkehrspannung nicht am Halbleiterschaltelement
an.
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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 Durchlaßrichtung
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 gesteuert, so daß die Einschaltung
ebenfalls lichtbogenfrei erfolgen kann.
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Wenn
eine Forderung nach einer Trennstreckenbedingung erhoben wird, kann
eine zusätzlich
in Reihe befindliche Isolierstrecke vorgesehen werden.