DE102011017306A1 - High voltage switchgear with gaseous insulation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsschaltanlage mit einem mit Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllten Schaltergehäuse, das einen Gasraum (12) bildet, in welchem wenigstens ein aus einem festen und einem beweglichen Kontaktstück (22, 20) mit einem Stellantrieb gebildetes Kontaktpaar sowie elektrische Leiter angeordnet sind, welche gegen das Schaltergehäuse isoliert sind. Das im gemeinsamen Gasraum (12) angeordnete Kontaktpaar arbeitet als Ultraschnell-Kurzschließer. Als Stellantrieb des beweglichen Kontaktstückes (20) ist eine Auslöseeinheit vorgesehen, die einen Gasgenerator (28) aufweist, der mit einem Zündgerät (32) zusammenarbeitet.The invention relates to a high-voltage switchgear with a switch housing filled with insulating gas, for example SF6, which forms a gas space (12) in which at least one contact pair formed from a fixed and a movable contact piece (22, 20) with an actuator and electrical conductors are arranged , which are isolated from the switch housing. The contact pair arranged in the common gas space (12) works as an ultra-fast short-circuiter. A triggering unit is provided as the actuator for the movable contact piece (20), which has a gas generator (28) which works together with an ignition device (32).
Description
Die Erfindung betrifft gasisolierte Schaltanlagen (GIS) für den Hochspannungsbereich, insbesondere betrifft sie einen Schnellerder für eine Hochspannungsschaltanlage mit einem mit Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllten und unter Druck stehenden, hermetisch verschlossenen Gehäuse, in welchem wenigstens ein aus einem festen und einem beweglichen Kontaktstück mit einem Stellantrieb gebildetes Kontaktpaar sowie elektrische Leiter angeordnet sind, welche gegen das Schaltergehäuse isoliert sind.The invention relates to gas-insulated switchgear (GIS) for the high voltage range, in particular relates to a Schnellerder for a high voltage switchgear with a filled with insulating gas, for example SF 6 , and pressurized, hermetically sealed housing, in which at least one of a fixed and a movable contact piece arranged with an actuator contact pair and electrical conductors are arranged, which are insulated from the switch housing.
Durch Schäden, Fehlbedienung oder außergewöhnliche Betriebsbedingungen bedingt, können Fehlerzustände innerhalb der Kapselung von Schaltanlagen auftreten beziehungsweise entstehen, die in seltenen Fällen zu einem Störlichtbogen und somit zu einer Gefährdung von Mensch und Material führen.Due to damage, incorrect operation or exceptional operating conditions, fault conditions within the encapsulation of switchgear can occur or arise, which in rare cases lead to an arc fault and thus to a hazard to people and material.
Derartige Fehlerzustände gilt es dringend zu vermeiden, mit denen ein derartiger Fehlerzustand schnellstmöglich, das heißt, bevor ein größerer Schaden resultiert, beendet werden kann.It is urgently necessary to avoid such error conditions with which such an error condition can be ended as quickly as possible, that is to say before greater damage results.
Dazu werden Schnellerder, auch als Schnellkurzschließer, Schnellerdungsschalter oder Erdungsschalter bezeichnet, eingesetzt, dessen Kontaktstücke mit möglichst hoher Geschwindigkeit geschlossen werden, wobei der Schnellerder gegen einen Kurzschlussstrom schalten soll.For this Schnellerder, also known as quick-closing, fast earthing switch or earthing switch is used, the contact pieces are closed at the highest possible speed, the Schnellerder should switch to a short-circuit current.
Schnellkurzschließer sind in der Niederspannungs- und Mittelspannungstechnik in verschiedenen Variationen bekannt. Dabei werden unterschiedliche Verfahren angewendet, um einen Kurzschlussstrom nach einer möglichst kurzen Zeit sicher gegen Erde abzuleiten. Damit soll erreicht werden, dass ein Lichtbogen, der in einer Anlageentstanden ist, verlöscht, der Kurzschluss über sichere Anlagenkomponenten geleitet wird und dann über einen Leistungsschalter abgeschaltet werden kann. Da der Lichtbogen nach dem Kurzschließen gegen Erde verlöscht, werden keine weiteren Schäden in der Anlage verursacht.Fast-short-circuiters are known in the low-voltage and medium-voltage technology in various variations. Different methods are used to safely dissipate a short-circuit current to earth after the shortest possible time. This is to ensure that an arc that has arisen in a system extinguished, the short circuit is passed through safe system components and can then be switched off via a circuit breaker. Since the arc extinguishes after short-circuiting to earth, no further damage is caused in the system.
Zu diesem Zweck wurden bereits für den Einsatz bei Mittelspannungs-Schaltanlagen für Spannungen bis 30 kV, bei welchen üblicherweise Vakuum-Schaltkammern zum Einsatz kommen, neue ultraschnelle Erdungsschalter, auch UFES (Ultra Fast Earthing Switch) genannt, entwickelt.For this purpose, new ultrafast earthing switches, also known as UFES (Ultra Fast Earthing Switch), have already been developed for use in medium-voltage switchgear for voltages up to 30 kV, in which normally vacuum interrupters are used.
Bei den bekannten Anlagen besteht dieser ultraschnelle Erdungsschalter aus drei Primärschaltelementen und einer elektronischen Erfassungs- und Auslöseeinheit. Das Primärschaltelement hat die Abmessungen, die Form und die Befestigungspunkte ähnlich eines 24-kV-Isolierstützers und beinhaltet eine in Epoxidharz umweltgeschützt eingebettete Doppel-Vakuumschaltkammer sowie einen integrierten ultraschnellen Mikro-Gasgenerator-Kolbenantrieb.In the known systems, this ultrafast earthing switch consists of three primary switching elements and an electronic detection and tripping unit. The primary switch element has dimensions, shape and mounting points similar to those of a 24 kV insulation supporter, and includes an epoxy resin-embedded double vacuum interrupter chamber and an integrated ultra-fast micro gas generator piston drive.
Aus dielektrischer Sicht enthält jede Vakuum-Schaltkammer zwei Vakuumstrecken, die durch eine Membran getrennt sind. In die erste Vakuumstrecke hineinragend befindet sich ein auf Erdpotential liegender Kontaktstift, der fest mit dem Antriebskolben verbunden ist. Die zweite Vakuumstrecke enthält die auf Hochspannungspotenzial liegende Festkontaktbuchse. Jedes Primärschaltelement ist zudem mit einem integrierten ultraschnellen Mikro-Gasgenerator ausgestattet, der den beweglichen Kolben samt Kontaktstift zum Schaltvorgang antreibt. Dieser Mikro-Gasgenerator ähnelt in Art und Funktion den Gasgeneratoren von Kraftfahrzeug-Airbags.From a dielectric point of view, each vacuum interrupter contains two vacuum sections separated by a membrane. Projecting into the first vacuum section is a contact pin lying at ground potential, which is firmly connected to the drive piston. The second vacuum section contains the fixed contact socket lying at high-voltage potential. Each primary switching element is also equipped with an integrated ultra-fast micro-gas generator, which drives the movable piston together with the contact pin for switching. This micro-gas generator is similar in type and function to the gas generators of motor vehicle airbags.
Kommt es in einer derart ausgestatteten Mittelspannungs-Schaltanlage zu einem internen Störlichtbogen, erfasst die Elektronik über Stromwandler den Fehlerstrom sowie über optische Sensoren das Licht des Lichtbogens im Schottraum und aktiviert nahezu gleichzeitig den Gasgenerator.If an internal arc develops in such a medium-voltage switchgear, the electronics detect the fault current via current transformers and, via optical sensors, the light of the arc in the bulkhead compartment and activate the gas generator almost simultaneously.
Der erzeugte Gasdruck treibt den beweglichen Kolben in die erste Teilkammer. Der Kontaktstift durchstößt die Membran und verrastet daraufhin dauerhaft, prellfrei und robust mit dem Festkontakt. Es entsteht ein solider metallischer Kurzschluss gegen Erde, der einen entstandenen Störlichtbogen zum Verlöschen bringt.The generated gas pressure drives the movable piston into the first sub-chamber. The contact pin pierces the membrane and then locked permanently, bounce-free and robust with the fixed contact. The result is a solid metallic short circuit to ground, which causes a resulting arc to extinguish.
Als wesentlicher Nachteil der bekannten Anordnungen erweist sich die Schwierigkeit, derartige Anordnungen in Hochspannungs-Schaltanlagen mit Spannungen von 50 bis 500 kV einzubauen, was im Wesentlichen mit der dort erforderlichen größeren Isolierfestigkeit zusammenhängt.As a major disadvantage of the known arrangements proves to be the difficulty to install such arrangements in high-voltage switchgear with voltages of 50 to 500 kV, which is essentially related to the greater insulation required there.
So beruht der ultraschnelle Erdungsschalter in der Mittelspannungstechnik beispielsweise auf der Isolation mittels Vakuumtechnik. Deren Anwendung bereitet nur im unteren Spannungsbereich bis maximal 42 kV keine größeren Probleme.For example, the ultrafast earthing switch in medium-voltage technology is based on insulation using vacuum technology. Their application prepares only in the lower voltage range up to a maximum of 42 kV no major problems.
Bei höheren Spannungen sind entweder nicht gewünschte Baugrößen zwecks Einhaltung der erforderlichen Isolierabstände erforderlich oder aber eine andere Technologie, welche dann bei raumsparender Bauweise dennoch die gewünschte schnelle Abschaltung beim Auftreten von Fehlerzuständen herbeiführt.At higher voltages either not desired sizes in order to comply with the required Isolierabstände required or other technology, which then causes the desired rapid shutdown in the occurrence of fault conditions in space-saving design.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Hochspannungsschaltanlage der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Schnellabschaltung beim Auftreten von Fehlerzuständen auf möglichst einfache Weise zuverlässig ermöglicht.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a high-voltage switchgear of the type mentioned above, which enables a quick shutdown when errors occur in the simplest possible way reliably.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demgemäß ist eine Hochspannungsschaltanlage mit einem mit Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllten, unter Druck stehenden, hermetisch verschlossenen Schaltergehäuse. vorgesehen, dass einen gemeinsamen Gasraum bildet, in welchem wenigstens ein aus einem festen und einem beweglichen Kontaktstück mit einem Stellantrieb gebildetes Kontaktpaar sowie elektrische Leiter angeordnet sind. Das Kontaktpaar sowie die elektrischen Leiter sind gegen das Schaltergehäuse isoliert. Als Stellantrieb des beweglichen Kontaktstückes ist erfindungsgemäß eine Auslöseeinheit vorgesehen, die einen Gasgenerator aufweist, der mit einem Zündgerät (
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Isoliergas der Schaltanlage auch in dem gemeinsamen Gasraum verwendet, das heißt, die im gemeinsamen Gasraum vorgesehene vom festen und beweglichen Kontaktstück gebildete Kontaktstelle ist in einem mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundenen Gasraum angeordnet.According to the present invention, the insulating gas of the switchgear is also used in the common gas space, that is, provided in the common gas space formed by the fixed and movable contact pad is disposed in a gas-tightly connected to the switch housing gas space.
Die erfindungsgemäße Hochspannungsschaltanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle, die als Erdungsschalter dient, bei Auftreten eines definierten Fehlerzustandes von einem Antrieb beaufschlagbar ist, der bei Auftreten eines definierten Fehlerzustandes auslöst und durch Schließen der Kontaktstelle, also dem Ineinandergreifen des beweglichen Kontaktstückes in das feste Kontaktstück, einen Kurzschluss zwischen dem Leistungspotential und Erdpotential herbeiführt. Erfindungsgemäß ist dazu wie vorab erwähnt eine Auslöseeinheit vorgesehen, die einen Gasgenerator aufweist, der mit einem Zündgerät zusammenarbeitet.The high-voltage switchgear according to the invention is characterized in that the contact point, which serves as earthing switch is acted upon occurrence of a defined fault condition of a drive which triggers when a defined fault condition occurs and by closing the contact point, ie the meshing of the movable contact piece in the fixed contact piece , causes a short circuit between the power potential and ground potential. According to the invention, as previously mentioned, a trip unit is provided which has a gas generator which cooperates with an ignition device.
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Erfassungseinheit zur Detektion von Fehlerzuständen in dem Schaltergehäuse vorgesehen, die mit einer Auslöseeinheit zusammenarbeitet, welche den Antrieb zur Ansteuerung der Kontaktstelle aufnimmt. Die Auslöseeinheit ist dazu mit dem Gasgenerator ausgestattet, der seinerseits mit dem Zündgerät zusammenarbeitet, welches im Auslösefall den Gasgenerator startet.According to a preferred embodiment of the invention, a detection unit for detecting fault conditions in the switch housing is provided, which cooperates with a trip unit, which receives the drive for driving the contact point. The trip unit is equipped with the gas generator, which in turn works with the ignitor, which starts the gas generator when triggered.
In vorteilhafter Weiterbildung der Hochspannungs-Schaltanlage ist ferner vorgesehen, dass die Kontaktstelle als Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem in Ruhestellung mit Erdpotential verbundenem Kolben ausgebildet ist, welcher in Auslösestellung einen auf Leistungspotential liegenden Gegenkontakt, der vom feststehenden Kontaktstück gebildet ist, kontaktiert.In an advantageous embodiment of the high-voltage switchgear is further provided that the contact point is formed as a piston-cylinder arrangement with a connected at rest with ground potential piston, which contacted in the release position lying at a power potential mating contact, which is formed by the fixed contact piece.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle der Auslösung durch das Zündgerät der Gasgenerator einen Gasdruck erzeugt, der den beweglichen Kolben der Kontaktstelle auf den auf Leistungspotential liegenden Gegenkontakt beschleunigt und sich mit diesem elektrisch leitend verbindet.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that in the case of triggering by the igniter of the gas generator generates a gas pressure which accelerates the movable piston of the contact point to the lying at power counter-contact and connects to this electrically conductive.
Hierbei erzeugt der Gasgenerator infolge der Auslösung durch das Zündgerät eine explosionsartige Druckerhöhung des Arbeitsgases, welches den in einem mit Erdpotential verbundenen Zylinder geführten Kolben derart beschleunigt, dass der Kolben wie ein Geschoß auf einen hülsenartigen Gegenkontakt auftrifft und mit diesem sich formschlüssig verbindet.In this case, the gas generator generated as a result of the triggering by the igniter an explosive pressure increase of the working gas, which accelerates the guided in a grounded cylinder cylinder piston such that the piston like a projectile impinges on a sleeve-like counter-contact and connects with this form-fitting.
Durch die sehr schnelle Bewegung des Kolbens der Kontaktstelle und die damit einhergehende Kontaktierung des auf Leistungspotential liegenden hülsenartigen Gegenkontakts, wobei der bewegliche Kolben weiterhin mit Erdpotential verbunden ist, wird so ein Kurzschluss zwischen Erdpotential und Leistungspotential herbeigeführt, wodurch wiederum der die Auslösung verursachende Lichtbogen im Schaltergehäuse zum Erlöschen kommt.Due to the very fast movement of the piston of the contact point and the concomitant contacting of lying at power sleeve-like mating contact, wherein the movable piston is still connected to ground potential, so a short circuit between earth potential and power potential is brought about, which in turn causes the triggering arc in the switch housing comes to extinction.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Schaltanlage ist der mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundene Gasraum, in welchem die Kontaktstelle angeordnet ist, als separat am Schaltergehäuse angeordnetes Gehäuse vorgesehen.According to an expedient embodiment of the high-voltage switchgear according to the invention, the gas space connected gas-tight to the switch housing, in which the contact point is arranged, is provided as a housing arranged separately on the switch housing.
Hierbei erweist sich die Ausgestaltung des mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundenen Gasraums als separates Gehäuse als besonders vorteilhaft, da hierdurch das nach jeder Aktivierung, das heißt Auslösung, erforderliche Auswechseln des Gasgenerators vereinfacht ist, weil hierdurch das Öffnen nur eines vergleichsweise kleinen Gehäuse- und damit Gasvolumens und dessen Ersatz für das Auswechseln des Gasgenerators erforderlich ist.In this case, the design of the gas-tightly connected to the switch housing gas space proves to be particularly advantageous as a separate housing, as this simplifies the required after each activation, that is triggering, replacement of the gas generator, because thereby opening only a relatively small housing and thus gas volume and its replacement is required for the replacement of the gas generator.
Diese und weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile und Verbesserungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.These and other advantageous features and advantages and improvements are the subject of further claims.
Anhand eines in der beigefügten Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Reference to an embodiment schematically shown in the accompanying drawings, the invention, particular advantageous refinements and improvements of the invention and particular advantages of the invention will be explained and described in detail.
Es zeigen:Show it:
Die Kontaktstelle
Hierbei liegt, wie bereits angesprochen, die Kolben-Zylinder-Anordnung auf Erdpotential, das heißt, der Zylinder
Koaxial mit dem Kolben
Gemäß der schematischen Darstellung in
Das Zündgerät
In
Hierzu dient eine vom Gasgenerator
Der infolge dieses Kurzschlusses fließende Kurzschlussstrom lässt einen im Schaltergehäuse der Hochspannungsschaltanlage entstandenen Lichtbogen, der die Auslösung des Schnell-Kurzschließers herbeigeführt hat, umgehend erlöschen, so dass eine unerwünschte Beschädigung der betreffenden Schaltkammer beziehungsweise des Schaltergehäuses vermieden wird. Der Kurzschlussstrom wird dann über einen Leistungsschalter unterbrochen.The short-circuit current flowing as a result of this short circuit immediately causes an arc which has arisen in the switch housing of the high-voltage switchgear, which has caused the rapid short-circuiter to trip, so that unwanted damage to the relevant switching chamber or switch housing is avoided. The short-circuit current is then interrupted via a circuit breaker.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße ultraschnelle Erdungsschalter (UFES) in dem separaten kleinen Gasraum untergebracht sein, um bei einem Austausch nach einem erfolgten Auslösen die notwendigen Gasarbeiten auf ein Minimum zu beschränken. Unter dem Begriff „Gasarbeiten” sind alle Maßnahmen zu verstehen, die für die Wiederherstellung der Funktion des Schnellerdungsschalters notwendig sind und eine seither unumgängliche Öffnung des Schaltergehäuses der Hochspannungs-Schaltanlage erforderlich machen.Advantageously, the ultrafast earthing switch (UFES) according to the invention can be accommodated in the separate small gas space in order to minimize the necessary gas work in the event of replacement after a successful release. The term "gas works" means all measures that are necessary for the restoration of the function of the fast-switching switch and make since an inevitable opening of the switch housing of the high-voltage switchgear required.
Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, den Gasgenerator
Jeder Eingriff in den gemeinsamen Gasraum
Zusätzlich kann der bewegliche Kontakt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- geerdetes Gehäusegrounded housing
- 1212
- Gasraumheadspace
- 1414
- Kontaktstellecontact point
- 1616
- Zylindercylinder
- 1818
- Kolbenpiston
- 2020
- beweglicher Kontakt, bewegliches Kontaktstückmovable contact, movable contact piece
- 2222
- fester Kontakt, Gegenkontakt, festes Kontaktstückfixed contact, mating contact, fixed contact piece
- 2323
- weitere Kontaktstellefurther contact point
- 2424
- scheibenförmige Halterung (isolierte Kontakt-Durchführung)disc-shaped holder (insulated contact bushing)
- 2626
- Gehäusewandunghousing
- 2828
- Gasgeneratorinflator
- 3030
- Leitungmanagement
- 3232
- Zündgerätignitor
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