DE102010063397B4

DE102010063397B4 - switchgear

Info

Publication number: DE102010063397B4
Application number: DE201010063397
Authority: DE
Inventors: Jürgen Moser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2030-12-18
Also published as: WO2012080117A2; WO2012080117A3; DE102010063397A1

Abstract

Schaltanlage (1) zur elektrischen Energieverteilung mit einer Sammelschiene (12) und einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen (5, 15, 25, 28, 30, 32) zum wahlweisen elektrischen Verbinden einer Einspeisung (3) der Schaltanlage (1) mit einem oder mehreren Abgängen (22, 35, 38, 40, 42) der Schaltanlage (1), wobei jeweils ein Anschluss jeder der Verbindungseinrichtungen (5, 15, 25, 28, 30, 32) elektrisch mit der Sammelschiene (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtungen als ein- und ausschaltbare Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (5, 15, 25, 28, 30, 32) ausgebildet sind.Switchgear (1) for electrical power distribution with a busbar (12) and a plurality of connecting means (5, 15, 25, 28, 30, 32) for selectively electrically connecting a feeder (3) of the switchgear (1) with one or more outlets (22, 35, 38, 40, 42) of the switchgear (1), wherein in each case one terminal of each of the connecting devices (5, 15, 25, 28, 30, 32) is electrically connected to the busbar (12), characterized in that the connecting devices are designed as AC / DC converters (5, 15, 25, 28, 30, 32) which can be switched on and off.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage zur elektrischen Energieverteilung gemäß Anspruch 1. Eine Mittelspannungsschaltanlage ist eine Schaltanlage, die für den sogenannten Mittelspannungsbereich geeignet ist. Darunter wird der Spannungsbereich zwischen 1 kV und 52 kV verstanden.The invention relates to a switchgear for electrical power distribution according to claim 1. A medium-voltage switchgear is a switchgear that is suitable for the so-called medium voltage range. This is understood to mean the voltage range between 1 kV and 52 kV.

Eine Schaltanlage weist üblicherweise eine Einspeisung, mehrere Abgänge, eine Sammelschiene und eine Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen auf. Die Verbindungseinrichtungen dienen dazu, die Einspeisung elektrisch mit einem oder mehreren Abgängen der Schalteinlage zu verbinden. Die Einspeisung und die Abgänge werden auch als Abzweige bezeichnet. Die Verbindungseinrichtungen sind üblicherweise als Schalter mit beweglichen mechanischen Schaltkontakten realisiert. Die beweglichen mechanischen Schaltkontakte und die weiteren zugehörigen beweglichen Teile der Schalter (z. B. Schalterantrieb, Antriebsstangen etc.) unterliegen im Betrieb einem Verschleiß. Dadurch ist es notwendig, diese Teile regelmäßig zu kontrollieren und ggf. auszutauschen; es tritt ein beträchtlicher Wartungsaufwand auf.A substation typically has a feeder, multiple outlets, a bus bar, and a plurality of connection devices. The connecting means serve to electrically connect the feed with one or more outlets of the switch insert. Infeed and outlets are also referred to as branches. The connecting devices are usually realized as a switch with movable mechanical switching contacts. The moving mechanical switching contacts and the other associated moving parts of the switches (eg switch drive, drive rods, etc.) are subject to wear during operation. This makes it necessary to regularly check these parts and replace them if necessary; There is a considerable maintenance.

Eine Schaltanlage der eingangs genannten Art ist aus der DE 103 53 967 A1 bekannt.A switchgear of the type mentioned is from the DE 103 53 967 A1 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanlage der eingangs genannten Art weiterzubilden, bei der der Wartungsaufwand reduziert ist.The invention has the object of developing a switchgear of the type mentioned, in which the maintenance is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst dadurch, dass die Verbindungseinrichtungen als ein- und ausschaltbare Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (AC/DC-Wandler) ausgebildet sind. Solche Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler sind als elektronische Schaltungen realisiert, welche die Übertragung der elektrischen Energie mittels Bauelementen der Leistungselektronik unter Verzicht auf mechanische Schalter realisieren. Bei derartigen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlern tritt mangels beweglicher Schaltkontakte im Wesentlichen kein mechanischer Verschleiß auf, so dass der Wartungsaufwand erheblich reduziert ist.This object is achieved in that the connecting means are designed as switched on and off AC-DC converters (AC / DC converter). Such AC-DC voltage converters are realized as electronic circuits which realize the transmission of electrical energy by means of components of the power electronics waiving mechanical switches. In the case of such AC-DC voltage converters, essentially no mechanical wear occurs due to the lack of movable switching contacts, so that the maintenance effort is considerably reduced.

Die Schaltanlage kann so ausgestaltet sein, dass der Gleichspannungsanschluss der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler mit der Sammelschiene verbunden ist. An der Sammelschiene liegt also nur Gleichspannung an bzw. wird Gleichstrom übertragen. Dies hat den Vorteil, dass nur Wirkleistung übertragen wird und Blindleistungen der angeschlossenen Netze entkoppelt sind.The switchgear can be designed so that the DC voltage connection of the AC-DC converter is connected to the busbar. Thus, only DC voltage is applied to the busbar or DC current is transmitted. This has the advantage that only real power is transmitted and reactive power of the connected networks are decoupled.

Die Schaltanlage kann auch so ausgestaltet sein, dass der Wechsel spannungsanschluss der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler mit der Einspeisung oder mit einem der Abgänge verbunden ist. Dies ermöglicht es, mit der Schaltanlage Wechselströme zu schalten und mittels der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler sogar zu regeln. Mit einer derartigen Schaltanlage kann ohne Weiteres eine übliche Wechselspannungs-Schaltanlage, welche bewegliche mechanische Schaltkontakte aufweist, ersetzt werden.The switchgear can also be designed so that the AC voltage connection of the AC-DC converter is connected to the feed or one of the outlets. This makes it possible to switch with the switchgear AC currents and even regulated by means of AC-DC converters. With such a switchgear can be easily replaced a conventional AC voltage switchgear, which has movable mechanical switching contacts.

Die Schaltanlage kann auch so ausgestaltet sein, dass mindestens einer der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler einen Leistungspfad aufweist, der frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten ist. Aufgrund der fehlenden beweglichen mechanischen Schaltkontakte tritt hierbei vorteilhafterweise kaum mechanischer Verschleiß auf. Vorzugsweise können alle Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler Leistungspfade aufweisen, die frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten sind.The switchgear can also be designed so that at least one of the AC-DC converter has a power path that is free of moving mechanical switching contacts. Due to the lack of moving mechanical switching contacts occurs here advantageously hardly any mechanical wear. Preferably, all AC to DC voltage converters may have power paths which are free of movable mechanical switch contacts.

Die Schaltanlage kann so realisiert sein, dass die Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler mit Bauelementen der Leistungselektronik realisiert sind. Mit solchen Bauelementen der Leistungselektronik, beispielsweise mit Thyristoren oder IGBTs, lassen sich Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler realisieren, mit denen erhebliche elektrische Leistungen über die Schaltanlage übertragen werden können.The switchgear can be realized so that the AC-DC converter with components of the power electronics are realized. With such components of the power electronics, for example, with thyristors or IGBTs, AC-DC converter can be realized with which significant electrical power can be transmitted through the switchgear.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dazu ist in derIn the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. This is in the

1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanlage und in 1 an embodiment of a switchgear and in

2 eine schematische Darstellung eines Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlers
dargestellt. 2 a schematic representation of an AC-DC converter
shown.

In 1 ist eine Schaltanlage 1 dargestellt. Diese Schaltanlage 1 weist eine Einspeisung 3 auf. Bei der Einspeisung 3 handelt es sich um einen elektrischen Anschluss, an dem die Schaltanlage mit einem nicht dargestellten Energieversorgungsnetz verbunden werden kann, welches z. B. die zu verteilende elektrische Energie bereitstellt.In 1 is a switchgear 1 shown. This switchgear 1 has an infeed 3 on. At the feed 3 it is an electrical connection to which the switchgear can be connected to a power supply network, not shown, which z. B. provides the electrical energy to be distributed.

Die Einspeisung 3 ist mit einem einspeisungsseitigen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 5 elektrisch verbunden. Im Folgenden werden Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler auch kurz als „AC/DC-Wandler” bezeichnet. Bei dem AC/DC-Wandler 5 handelt es sich – wie auch bei den anderen AC/DC-Wandlern der Schaltanlage – um bidirektionale AC/DC-Wandler. Das bedeutet, dass diese AC/DC-Wandler sowohl Wechselspannung in Gleichspannung als auch Gleichspannung in Wechselspannung wandeln können. Dies ist in 2 durch einen Doppelpfeil beim Leistungspfad 82 dargestellt.The feed 3 is with a feed-side AC-DC converter 5 electrically connected. In the following, AC-to-DC converters are also referred to as "AC / DC converters" for short. In the AC / DC converter 5 As with the other AC / DC converters in the substation, these are bidirectional AC / DC converters. That means that these AC / DC converters are both AC voltage in DC and DC voltage can convert to AC voltage. This is in 2 by a double arrow on the power path 82 shown.

Der einspeisungsseitige AC/DC-Wandler 5 weist einen Wechselspannungsanschluss 7 und einen Gleichspannungsanschluss 9 auf. Der Wechselspannungsanschluss 7 ist elektrisch mit der Einspeisung 3 verbunden, der Gleichspannungsanschluss 9 ist elektrisch mit einer Sammelschiene 12 verbunden.The feed-side AC / DC converter 5 has an AC voltage connection 7 and a DC voltage connection 9 on. The AC voltage connection 7 is electric with the feed 3 connected, the DC voltage connection 9 is electric with a busbar 12 connected.

Die Sammelschiene 12 ist elektrisch mit einem ersten abgangsseitigen AC/DC-Wandler 15 verbunden. Dabei ist die Sammelschiene 12 elektrisch mit dem Gleichspannungsanschluss 17 des ersten abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 15 verbunden, während der Wechselspannungsanschluss 19 des AC/DC-Wandlers 15 mit einem ersten Abgang 22 verbunden ist. In gleicher Weise ist die Sammelschiene 12 elektrisch mit einem zweiten abgangsseitigen AC/DC-Wandler 25, einem dritten abgangsseitigen AC/DC-Wandler 28, einem vierten abgangsseitigen AC/DC-Wandler 30 sowie einem funften abgangsseitigen AC/DC-Wandler 32 verbunden. Es können weitere abgangsseitige AC/DC-Wandler an die Sammelschiene 12 angeschlossen sein.The busbar 12 is electrically connected to a first output side AC / DC converter 15 connected. Here is the busbar 12 electrically with the DC voltage connection 17 of the first downstream AC / DC converter 15 connected while the AC voltage connection 19 of the AC / DC converter 15 with a first finish 22 connected is. In the same way is the busbar 12 electrically with a second output side AC / DC converter 25 , a third output side AC / DC converter 28 , a fourth output side AC / DC converter 30 and a fifth output side AC / DC converter 32 connected. Additional outgoing AC / DC converters can be connected to the busbar 12 be connected.

Der Wechselspannungsanschluss 60 des zweiten abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 25 ist mit dem zweiten Abgang 35 elektrisch verbunden, der Wechselspannungsanschluss 62 des dritten abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 28 ist mit dem dritten Abgang 38 verbunden, der Wechselspannungsanschluss 64 des vierten abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 30 ist mit dem vierten Abgang 40 verbunden und der Wechselspannungsanschluss 66 des funften abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 32 ist mit dem funften Abgang 42 der Schaltanlage 1 elektrisch verbunden. Wie der erste abgangsseitige AC/DC-Wandler 15 weisen auch der zweite abgangsseitige AC/DC-Wandler 25, der dritte abgangsseitige AC/DC-Wandler 28, der vierte abgangsseitige AC/DC-Wandler 30 und der funfte abgangsseitige AC/DC-Wandler 32 jeweils einen Gleichspannungsanschluss 50, 52, 54 und 56 auf, die elektrisch mit der Sammelschiene 12 verbunden sind. Die Einspeisung 3 sowie die Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 werden auch als Abzweigungen bezeichnet.The AC voltage connection 60 the second output side AC / DC converter 25 is with the second departure 35 electrically connected, the AC voltage connection 62 the third output side AC / DC converter 28 is with the third departure 38 connected, the AC voltage connection 64 the fourth output side AC / DC converter 30 is with the fourth departure 40 connected and the AC voltage connection 66 the fifth output side AC / DC converter 32 is with the fifth departure 42 the switchgear 1 electrically connected. Like the first outgoing AC / DC converter 15 also have the second output side AC / DC converter 25 , the third downstream AC / DC converter 28 , the fourth downstream AC / DC converter 30 and the fifth output side AC / DC converter 32 one DC voltage connection each 50 . 52 . 54 and 56 on that electrically with the busbar 12 are connected. The feed 3 as well as the departures 22 . 35 . 38 . 40 and 42 are also called branches.

Fur eine Betriebsart der Schaltanlage 1 ist der Energiefluss mittels eines Pfeils 70 symbolisch dargestellt. Die elektrische Energie wird in dieser Betriebsart von der Einspeisung 3 uber den einspeisungsseitigen AC/DC-Wandler 5 uber die Sammelschiene 12 zu einem oder mehreren der abgangsseitigen AC/DC-Wandler ubertragen, von wo sie zu den jeweils zugehörigen Abgangen der Schaltanlage ubertragen wird. Mittels Einschalten bzw. Ausschalten der abgangsseitigen AC/DC-Wandler 15, 25, 28, 30 bzw. 32 kann festgelegt werden, welcher der Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 der Schaltanlage 1 mit elektrischer Energie versorgt wird. Durch Ein- bzw. Ausschalten des einspeisungsseitigen AC/DC-Wandlers 5 kann die Sammelschiene 12 mit der Einspeisung 3 verbunden bzw. von dieser getrennt werden.For one operating mode of the switchgear 1 is the flow of energy by means of an arrow 70 symbolically represented. The electrical energy is in this mode of the feed 3 via the feed-side AC / DC converter 5 over the busbar 12 transferred to one or more of the downstream AC / DC converter, from where it is transmitted to the respective associated departures of the switchgear. By switching on or off the downstream AC / DC converter 15 . 25 . 28 . 30 respectively. 32 It can be determined which of the departures 22 . 35 . 38 . 40 and 42 the switchgear 1 is supplied with electrical energy. By switching the feed-side AC / DC converter on or off 5 can the busbar 12 with the feed 3 be connected or disconnected from this.

Bei dieser Schaltanlage ist besonders vorteilhaft, dass der zu übertragende Strom nicht nur geschaltet (d. h. eingeschaltet und ausgeschaltet) werden kann, sondern dass der zu ubertragende Strom mittels der AC/DC-Wandler auch in Richtung (Phase) und Betrag geregelt werden kann. (Im Unterschied dazu kann mit einer herkommlichen Schaltanlage, welche lediglich bewegliche mechanische Schaltkontakte aufweist, der elektrische Strom nur ein- oder ausgeschaltet werden.) Durch diese Regelung kann der elektrische Strom bzw. die elektrische Energie sowohl von der Einspeisung 3 zu einem oder mehreren der Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 als auch von einem oder mehreren der Abgange 22, 35, 38, 40 und 42 zu der Einspeisung 3 übertragen werden kann. Die Energie kann also in einer weiteren Betriebsart der Schaltanlage auch in einer Richtung ubertragen werden, die symbolisch durch einen Pfeil 72 dargestellt ist. Weiterhin kann in einer weiteren Betriebsart Energie auch von einem Abgang zu einem anderen Abgang ubertragen werden, beispielsweise von dem zweiten Abgang 35 zu dem dritten Abgang 38 oder von dem ersten Abgang 22 zu dem funften Abgang 42. Dies ist symbolisch durch einen Pfeil 74 dargestellt.In this switchgear is particularly advantageous that the current to be transmitted can not only be switched (ie switched on and off), but that the current to be transmitted by means of the AC / DC converter in the direction (phase) and amount can be controlled. (In contrast, with a conventional switchgear, which has only movable mechanical switching contacts, the electrical current can only be switched on or off.) By this regulation, the electric current or the electrical energy from both the feed 3 to one or more of the departures 22 . 35 . 38 . 40 and 42 as well as one or more of the departures 22 . 35 . 38 . 40 and 42 to the feed 3 can be transferred. The energy can thus be transmitted in a further operating mode of the switchgear in one direction, symbolically by an arrow 72 is shown. Furthermore, in another mode, energy may also be transferred from one exit to another, such as from the second exit 35 to the third exit 38 or from the first departure 22 to the fifth departure 42 , This is symbolic by an arrow 74 shown.

In 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel des AC/DC-Wandlers 5 dargestellt; die anderen AC/DC-Wandler 15, 25, 28, 30 und 32 konnen gleichartig realisiert sein. Die AC/DC-Wandler 5, 15, 25, 28, 30 und 32 der Schaltanlage 1 sind als elektronische Schaltungen mit Bauelementen der Leistungselektronik realisiert. Solche Bauelemente können insbesondere Thyristoren 84 oder IGBTs 86 sein. Der Leistungspfad 82 dieser AC/DC-Wandler (d. h. der Strompfad, uber den die zu übertragende elektrische Leistung bzw. Energie gefuhrt wird) ist frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten, vielmehr wird die Schaltfunktion durch die Bauelemente der Leistungselektronik realisiert. Es handelt sich also um eine schaltkontaktlose Schaltanlage, d. h. um eine Schaltanlage ohne bewegliche mechanische Schaltkontakte.In 2 schematically is an embodiment of the AC / DC converter 5 shown; the other AC / DC converters 15 . 25 . 28 . 30 and 32 can be realized in a similar way. The AC / DC converters 5 . 15 . 25 . 28 . 30 and 32 the switchgear 1 are realized as electronic circuits with components of power electronics. Such devices may, in particular, be thyristors 84 or IGBTs 86 be. The performance path 82 This AC / DC converter (ie, the current path through which the electrical power to be transmitted or energy is conducted) is free of moving mechanical switching contacts, but the switching function is realized by the components of the power electronics. It is therefore a switching contactless switchgear, ie a switchgear without moving mechanical switching contacts.

Mit der Schaltanlage 1 kann vorteilhafterweise reine Wirkleistung übertragen werden, die Blindleistung wird in den AC/DC-Wandlern erzeugt bzw. aufgenommen.With the switchgear 1 can be transmitted pure active power advantageously, the reactive power is generated or recorded in the AC / DC converters.

Vorteilhafterweise wird fur die Schaltanlage 1 kein DC-Schalter (Gleichspannungs-Schalter) benötigt, welcher bei herkömmlichen Schaltanlagen dazu dient, Schutzauslosungen zu ubernehmen. Diese Funktion kann bei der Schaltanlage 1 durch die AC/DC-Wandler mit ubernommen werden.Advantageously, for the switchgear 1 no DC switch (DC switch) is required, which is used in conventional switchgear to undertake protection draws. This feature can be used in the switchgear 1 to be taken over by the AC / DC converters.

Aufgrund der Gleichspannungssammelschiene 12 (DC-Schiene 12) ist bei der Zuschaltung von Abgangen, welche mit Energieerzeugern verbunden sind, keine Synchronisation der Frequenz des zu schaltenden Wechselstroms notwendig.Due to the DC busbar 12 (DC bus 12 ) is in the connection of departures, which are connected to power generators, no synchronization of the frequency of the alternating current to be switched necessary.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass bei der Schaltanlage 1 abgangsseitig keine Probleme mit Kurzschlussstromen auftreten konnen, weil die AC/DC Wandler abgangsseitig nur Nennströme zulassen. Es konnen also keine hoheren Kurzschlussstrome auftreten.It is also advantageous that in the switchgear 1 On the output side, no problems with short-circuit currents can occur, because the AC / DC converters allow only rated currents on the output side. Thus, no higher short-circuit currents can occur.

Es wurde eine Schaltanlage beschrieben, bei der die Verbindungseinrichtungen als Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler ausgestaltet sind. Bei dieser Schaltanlage sind vorteilhafterweise keine beweglichen mechanischen Schaltkontakte notwendig, so dass der Wartungsaufwand erheblich reduziert ist.It has been described a switchgear in which the connecting devices are designed as AC-DC voltage converter. In this switchgear advantageously no moving mechanical switching contacts are necessary, so that the maintenance is significantly reduced.

Claims

Switchgear ( 1 ) for electrical power distribution with a busbar ( 12 ) and a plurality of connecting devices ( 5 . 15 . 25 . 28 . 30 . 32 ) for selectively electrically connecting an infeed ( 3 ) of the switchgear ( 1 ) with one or more outflows ( 22 . 35 . 38 . 40 . 42 ) of the switchgear ( 1 ), wherein in each case one connection of each of the connecting devices ( 5 . 15 . 25 . 28 . 30 . 32 ) electrically connected to the busbar ( 12 ), characterized in that the connecting means as an on and off switchable AC-DC converter ( 5 . 15 . 25 . 28 . 30 . 32 ) are formed.

Switchgear according to Claim 1, characterized in that the DC voltage connection ( 9 . 17 . 50 . 52 . 54 . 56 ) the AC to DC converter with the busbar ( 12 ) connected is.

Switchgear according to Claim 1 or 2, characterized in that the AC voltage connection ( 7 . 19 . 60 . 62 . 64 . 66 ) the AC-to-DC converter with the feed ( 3 ) or with one of the disposals ( 22 . 35 . 38 . 40 . 42 ) connected is.

Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the AC to DC voltage converter ( 5 . 15 . 25 . 28 . 30 . 32 ) a power path ( 82 ), which is free of movable mechanical switching contacts.

Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that the AC-DC converter ( 5 . 15 . 25 . 28 . 30 . 32 ) are realized with components of the power electronics.