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Die Erfindung betrifft einen Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter.
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Ein derartiger Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 1 995 069 bekannt.
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Ein Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter kann beispielsweise dazu dienen, eine Freileitung schaltbar mit einer Spannungsversorgung zu verbinden. Freileitungen können beispielsweise Längen von mehreren Hundert Kilometern aufweisen. Beim Aufschalten einer Spannung mittels eines Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalters auf eine Freileitung breitet sich eine Spannungswelle auf dieser aus, die am Ende der Freileitung reflektiert wird. Somit dauert es eine gewisse Einflusszeit, die typischerweise zwischen 10 msec (Millisekunden) und 15 msec liegt, bis sich ein stabiler Zustand auf der Freileitung einstellt.
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Typischerweise ist der Gesamtwiderstandsbelag einer Freileitung im Bereich von 200 Ω (Ohm) bis 600 Ω. Der Widerstand einer Freileitung ist typischerweise ein Wellenwiderstand, der als komplexer Widerstand eine Impedanz aufweist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter anzugeben, bei dem die Reflexion der Spannungswelle am offenen Ende eines Verbrauchers wie beispielsweise einer Freileitung nicht zu einer Spannungsüberhöhung führt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalters sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter gemäß Anspruch 1 ist so ausgebildet, dass er eine erste Schaltstrecke, eine erste Schaltstange, ein erstes Getriebe und einen ersten Antrieb umfasst, wobei der erste Antrieb die erste Schaltstange antreibt und diese über das erste Getriebe die erste Schaltstrecke öffnet oder schließt. Der erfindungsgemäße Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter umfasst zusätzlich eine zweite Schaltstrecke mit einem Widerstand, eine zweite Schaltstange, ein zweites Getriebe und einen zweiten Antrieb, wobei der zweite Antrieb die zweite Schaltstange antreibt und diese über das zweite Getriebe die zweite Schaltstrecke öffnet oder schließt.
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Vorteilhaft hierbei ist, dass der erfindungsgemäße Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter mit dem Widerstand der zweiten Schaltstrecke beispielsweise eine angeschlossene Freileitung so abschließt, dass die Reflexion der Spannungswelle nicht zu einer Spannungsüberhöhung führt. Durch das separate Schalten des Widerstands der zweiten Schaltstrecke und der ersten Schaltstrecke kann bei jeder Schalthandlung die Einwirkzeit des Widerstandes der Schaltaufgabe angepasst werden. Beispielsweise kann dies bei einem Transformator-Leistungsschalter das Einschalten eines Transformators oder aber das Einschalten einer angeschlossenen Freileitung sein. Des Weiteren reduzieren sich durch die Aufteilung der Schaltbewegungen auf zwei Systeme die bewegten Massen. Dadurch können leichtere Schaltstangen und kleinere Antriebe verwendet werden.
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In einer Ausgestaltung ist die erste Schaltstrecke elektrisch parallel zur zweiten Schaltstrecke mit dem Widerstand angeordnet. Durch das Öffnen oder Schließen der ersten Schaltstrecke oder der zweiten Schaltstrecke können somit diese beiden parallelen Zweige getrennt vom erfindungsgemäßen Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter geöffnet oder geschlossen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung öffnet oder schließt der zweite Antrieb zeitlich vor dem ersten Antrieb. Dies stellt sicher, dass der Widerstand der zweiten Schaltstrecke beispielsweise als sogenannter Einschaltwiderstand dient, welcher beispielsweise für die Impedanz-Anpassung einer angeschlossenen Freileitung sorgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung schließt der zweite Antrieb zeitlich 10 msec bis 15 msec vor dem ersten Antrieb. Bei einem Widerstand von 200 Ω bis 600 Ω einer typischen Freileitung bedeutet dies, dass innerhalb der Einflusszeit von 10 msec bis 15 msec die Leitung auf 100 % geladen wird. Nach dem Laden der Freileitung kann die erste Schaltstrecke geschlossen werden, so dass der Strompfad über die erste Schaltstrecke verläuft. Bei geschlossener erster Schaltstrecke liegt hier ein Widerstand von ca. einigen 10 µΩ an.
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In einer alternativen Ausgestaltung schließt der zweite Antrieb zeitlich 100 msec bis zu mehreren Hundert msec vor dem ersten Antrieb. Vorteilhaft dabei ist, dass beispielsweise dadurch der Widerstand der zweiten Schaltstrecke als Strombegrenzer dient.
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In einer weiteren Ausgestaltung schließt der zweite Antrieb vor dem ersten Antrieb, so dass der Widerstand der zweiten Schaltstrecke vor Überlast geschützt ist. Bei entsprechender Ausbildung des Widerstandes der ersten Schaltstrecke von beispielsweise einigen 10 µΩ wird bei einem Schließen der ersten Schaltstrecke sichergestellt, dass der Strom über diesen ersten Pfad fließt. Der ohmsche Widerstand der zweiten Schaltstrecke wird dann entlastet und es kommt nicht zu einer weiteren Dissipation von Energie am Widerstand.
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In einer weiteren Ausgestaltung öffnet oder schließt der zweite Antrieb zeitlich vor dem ersten Antrieb durch eine mechanische oder durch eine elektrische Kopplung. Beispielsweise kann die Ansteuerung des ersten Antriebs und des zweiten Antriebs für eine elektrische Kopplung sorgen, ebenso ist aber auch eine mechanische Kopplung der Bewegungen der ersten Schaltstange und der zweiten Schaltstange denkbar.
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In einer Ausgestaltung ist die zweite Schaltstrecke parallel zur ersten Schaltstrecke angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste Schaltstrecke rechtwinkelig zur ersten Schaltstange und die zweite Schaltstrecke rechtwinkelig zur zweiten Schaltstange angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung verläuft die erste Schaltstange parallel zur zweiten Schaltstange.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die erste Schaltstrecke elektrisch in Serie zur zweiten Schaltstrecke mit dem Widerstand angeordnet und der Widerstand elektrisch parallel zur zweiten Schaltstrecke.
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Bei einer solchen alternativen Ausgestaltung schließt der zweite Antrieb zeitlich nach dem ersten Antrieb. Beispielsweise kann der zweite Antrieb zeitlich 10 msec bis 15 msec nach dem ersten Antrieb schließen. Ebenso kann der zweite Antrieb zeitlich 100 msec bis zu mehreren 100 msec nach dem ersten Antrieb schließen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter in einer seitlichen Ansicht;
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2 Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter in einer weiteren seitlichen Ansicht; und
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3 Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter in einer Aufsicht.
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In den 1 bis 3 ist die erfindungsgemäße Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 dargestellt. In 1 ist der Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 in einer seitlichen Ansicht gezeigt, in 2 in einer weiteren seitlichen Ansicht und in 3 in einer Aufsicht.
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Der Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 umfasst eine erste Schaltstrecke 111; 112. Je nach zu schaltender Spannung kann die erste Schaltstrecke 111; 112 auf mehrere Schaltkammern aufgeteilt sein. Beispielsweise bei Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschaltern 100, die Spannungen im Bereich von 420 kV schalten, können dies zwei Schaltkammern sein, wie in den 2 und 3 dargestellt. Die beiden Schaltkammern 111 und 112 sind in Reihe geschaltet und durch Öffnen oder Schließen wird ein Stromfluss über den Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 verhindert oder ermöglicht. Weiter umfasst der Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter eine erste Schaltstange 120, ein erstes Getriebe 130 und einen ersten Antrieb 140. Der erste Antrieb 140 treibt die erste Schaltstange 120 an und diese öffnet oder schließt über das erste Getriebe 130 die erste Schaltstrecke 111; 112.
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Der erfindungsgemäße Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 umfasst des Weiteren zusätzlich eine zweite Schaltstrecke 211; 212. Auch hier ist es möglich, dass diese zweite Schaltstrecke von zwei Schaltkammern 211 und 212 gebildet wird. Elektrisch sind die Schaltkammern 211; 212 in Reihe geschaltet. Die zweite Schaltstrecke 211; 212 umfasst einen Widerstand. Dies kann beispielsweise ein Einschaltwiderstand sein. Der Widerstand kann beispielsweise eine Impedanz von 450 Ω aufweisen oder allgemein im Bereich zwischen 200 Ω und 600 Ω liegen.
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Die zweite Schaltstrecke 211; 212 wird ebenso angetrieben von einer zweiten Schaltstange 220, einem zweiten Getriebe 230 und einem zweiten Antrieb 240. Der zweite Antrieb 240 treibt die zweite Schaltstange 220 und diese über das Getriebe 230 die zweite Schaltstrecke 211; 212 zum Öffnen oder Schließen.
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Die erste Schaltstrecke 111; 112 ist elektrisch parallel zur zweiten Schaltstrecke 211; 212 mit dem Widerstand angeordnet. Beispielsweise kann der Widerstand der zweiten Schaltstrecke 211; 212 im geschlossenen Zustand 450 Ω betragen und der Widerstand der ersten Schaltstrecke 111; 112 im geschlossenen Zustand im Bereich von ca. einigen 10 µΩ liegen.
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Der zweite Antrieb 240 kann so angesteuert werden, dass er zeitlich vor dem ersten Antrieb 140 öffnet oder schließt. Beim Schließen des Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalters 100 wird somit zuerst der zweite Antrieb 240 betätigt, der die zweite Schaltstrecke 211; 212 mit dem Widerstand zuschaltet. Somit kann beispielsweise eine angeschlossene Freileitung mit Spannung versorgt werden. Durch den Widerstand der zweiten Schaltstrecke 211; 212 wird die Reflexion der Spannungswelle entsprechend abgeschlossen und die Freileitung kann entsprechend auf 100 % aufgeladen werden. Typischerweise geschieht dies nach einer Einflusszeit von 10 msec bis 15 msec. Nach dieser Einflusszeit von 10 msec und 15 msec wird die erste Schaltstrecke 111; 112 geschlossen, so dass nun der Strom hauptsächlich über diese erste Schaltstrecke 111; 112 fließt.
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Ebenso kann gewünscht sein, dass beispielsweise beim Zuschalten eines Transformators durch den Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 der Widerstand der zweiten Schaltstrecke 211; 212 als Strombegrenzer dienen soll. Es ist beispielsweise vorteilhaft, dass der zweite Antrieb 240 zeitlich 100 msec bis zu mehreren Hundert msec vor dem ersten Antrieb 140 schließt. Dieser Zeitraum reicht aus, den Strom im Transformator zu begrenzen.
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Der Stromfluss durch den Widerstand der zweiten Schaltstrecke 211; 212 muss zeitlich begrenzt werden zum Schutz des Widerstandes vor Überlast. Daher sollte der zweite Antrieb 240 zeitlich so vor dem ersten Antrieb 140 schließen, dass der Widerstand der zweiten Schaltstrecke 211; 212 vor Überlast geschützt ist und nicht überhitzt. Diese Zeitspanne variiert mit der vom Widerstand zu realisierenden Funktionalität.
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Das zeitliche Schließen- oder Öffnen-Verhalten des ersten Antriebes 140 und des zweiten Antriebs 240 kann durch eine mechanische oder durch eine elektrische Kopplung dieser beiden Antriebe geschehen. Beispielsweise kann eine Ansteuerung des ersten Antriebes 140 und des zweiten Antriebes 240 diese elektrische Kopplung vornehmen. Ebenso sind aber auch mechanische Kopplungen denkbar, die sicherstellen, dass der zweite Antrieb 240 zeitlich vor dem ersten Antrieb 140 schließt.
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Der Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 kann mechanisch so aufgebaut sein, dass die zweite Schaltstrecke 211; 212 parallel zur ersten Schaltstrecke 111; 112 angeordnet ist. Dies ist beispielsweise in den 2 und 3 dargestellt. Ein Verbraucher würde an den jeweils äußeren Enden der ersten Schaltstrecke 111; 112 und der zweiten Schaltstrecke 211; 212 elektrisch angeschlossen sein. Beispielsweise ist dies in der Darstellung der 2 und 3 links und rechts.
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Der Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalter 100 kann gemäß 2 so aufgebaut sein, dass die erste Schaltstrecke 111; 112 rechtwinkelig zur ersten Schaltstange 120 verläuft. Die erste Schaltstange 120 kann beispielsweise innerhalb einer Stützersäule 151 verlaufen, ebenso ist aber auch ein Verlauf außerhalb der Stützersäule 151 denkbar. Die zweite Schaltstrecke 211; 212 kann ebenso rechtwinkelig zur zweiten Schaltstange 220 angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass die zweite Schaltstange 220 innerhalb der Stützersäule 151 verläuft oder auch außerhalb der Stützersäule 151.
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Entsprechend der 1 kann die erste Schaltstange 120 parallel zur zweiten Schaltstange 220 verlaufen.
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Der Widerstand ist gemäß der dargestellten Ausführungsform in Serie zur zweiten Schaltstrecke 211; 212 angeordnet.
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Alternativ ist es möglich, dass die erste Schaltstrecke 111; 112 elektrisch in Serie zur zweiten Schaltstrecke 211; 212 mit dem Widerstand angeordnet ist und der Widerstand elektrisch parallel zur zweiten Schaltstrecke 211; 212.
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In so einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschalters 100 schließt der zweite Antrieb 240 zeitlich nach dem ersten Antrieb 140. Der zweite Antrieb 240 kann zeitlich 10 msec bis 15 msec nach dem ersten Antrieb 140 schließen. Ebenso kann der zweite Antrieb 240 zeitlich 100 msec bis zu mehreren 100 msec nach dem ersten Antrieb 140 schließen.
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Einschaltwiderstände an Freiluft-Hochspannungs-Leistungsschaltern 100 werden normalerweise nur bei hohen Betriebsspannungen eingesetzt, welche entsprechend lange Stützersäulen bedingen. Bei Ausführung dieser Stützersäulen mit Composite-Isolatoren, bieten diese im Inneren aufgrund der geforderten mechanischen Festigkeit einen großen Freiraum gegenüber Porzellan-Isolatoren. In diesem Freiraum wird nun eine weitere, dem Einschaltwiderstand zugeordnete zweite Schaltstange 220 mit entsprechenden Führungselementen angeordnet. Zusätzlich ist an der Schalterbasis ein weiterer, dem Einschaltwiderstand zugeordneter zweiter Antrieb 240 vorgesehen. Die beiden Antriebe 140; 240 werden mechanisch oder elektrisch gekoppelt, wodurch der Einschaltwiderstand der zweiten Schaltstrecke 211; 212 vor Überlast geschützt wird. Die Einwirkzeit des Einschaltwiderstandes kann bis zu diesem Überlastungsschutz durch zeitliche Steuerung der beiden Antriebe 140, 240 variiert werden.
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Durch das separate Schalten der zweiten Schaltstrecke 211; 212 und der ersten Schaltstrecke 111; 112 kann bei jeder Schalthandlung die Einwirkzeit des Widerstandes der zweiten Schaltstrecke 211; 212 der Schaltaufgabe angepasst werden. Dies kann beispielsweise bei einem Transformator-Leistungsschalter das Einschalten des Transformators oder aber der angeschlossenen Freileitung sein. Zur Vermeidung und Reduzierung von Überspannungen beim Einschalten langer Freileitungen reichen in der Regel Einwirkzeiten von 10 msec bis 15 msec. Zur wirksamen Dämpfung von Transformator-Inrusch-Strömen sind hingegen Einwirkzeiten von 100 msec bis mehreren Hundert msec erforderlich. Durch die Aufteilung der Schaltbewegung auf zwei Systeme werden die bewegten Massen reduziert. Dadurch können leichtere Schaltstangen 120; 220 und kleinere Antriebe 140; 240 verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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