DE102018216725A1

DE102018216725A1 - Hochspannungs-Schaltgerät und Verfahren zum Schalten von Hochspannungen

Info

Publication number: DE102018216725A1
Application number: DE102018216725.7A
Authority: DE
Inventors: Radu-Marian Cernat; Armin Grund; Johannes Kern; Friedrich Löbner; Andrzej Nowakowski; Frank Reichert; Jens Schimmelpfennig; Andre Singer; Wolfgang Sörries; Stefan Wilke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02
Also published as: WO2020064276A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungs-Schaltgerät (1) und ein Verfahren zum Schalten von Hochspannungen, mit wenigstens einer Unterbrechereinheit (9) und mit wenigstens einem Einschaltwiderstand (10). Der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) wird über wenigstens eine Kontaktanordnung geschaltet und/oder kurzgeschlossen. Die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) wird von wenigstens einem ersten Antrieb (4) angetrieben und die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) wird von wenigstens einem zweiten Antrieb (5) angetrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungs-Schaltgerät und ein Verfahren zum Schalten von Hochspannungen, mit wenigstens einer Unterbrechereinheit und mit wenigstens einem Einschaltwiderstand. Der wenigstens eine Einschaltwiderstand ist über wenigstens eine Kontaktanordnung schaltbar und/oder kurzschließbar.
Hochspannungs-Schaltgeräte sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von bis zu 1200 kV Spannung und im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere Strom. Die Hochspannungs-Schaltgeräte umfassen z. B. Hochspannungs-Leistungsschalter mit Unterbrechereinheiten, welche einen Strompfad, insbesondere jeweils einen Strompfad pro Pol, trennen bzw. öffnen und/oder verbinden bzw. schließen, und damit Energieerzeugungseinrichtungen, elektrische Verbraucher und/oder elektrische Netze zu und/oder abschalten. Dabei können Vakuumröhren, Selbstblasschalter mit einem Kontakt und/oder Kontaktsysteme mit einem Nennstrom-Kontakt und einem Lichtbogen-Kontakt vom Hochspannungs-Leistungsschalter umfasst sein, wobei wenigstens ein, insbesondere beide Kontaktstücke eines jeweiligen Kontakts beweglich angeordnet sind. Die Kontakte, umfasst von der Unterbrechereinheit des Hochspannungs-Leistungsschalters, sind z. B. in einem Gehäuse befüllt mit Isoliergas, z. B. Clean Air und/oder SF₆, angeordnet.
In höheren Spannungsebenen werden Einschaltwiderstände eingesetzt, um Überspannungen beim Zuschalten kapazitiver und induktiver Lasten zu minimieren. Vor allem beim Zuschalten leerlaufender Überlandleitungen haben sich Einschaltwiderstande für das Begrenzen von Wanderwellen auf der Freileitung etabliert. Durch die Wahl eines zum Wellenwiderstand der Leitung angepassten Einschaltwiderstandes wird die Amplitude der hinlaufenden Welle reduziert. Für die rücklaufende Welle stellt der Einschaltwiderstand einen reflektionsarmen Abschluss der Freileitung dar, so dass Ausgleichsvorgänge nach doppelter Laufzeit abgeschlossen werden. Ein Hochspannungs-Schaltgerät mit einem Einschaltwiderstand ist z. B. aus der US 5,245,145 A bekannt.
Das Hochspannungs-Schaltgerät der US 5,245,145 A ist in Form eines Dead-Tanks ausgeführt. Dabei sind die Unterbrechereinheit und der Einschaltwiderstand in einem geerdeten Gehäuse angeordnet. Alternativ wird ein Hochspannungs-Schaltgerät nach dem Live-Tank Prinzip aufgebaut, d. h. die Unterbrechereinheit ist während des Betriebs nicht geerdet. Die Unterbrechereinheit und der Einschaltwiderstand sind auf Hochspannungsseite angeordnet, elektrisch gegen Erdpotential isoliert z. B. über Isolatoren, elektrisch isolierten Gehäusen und/oder elektrisch isolierenden Stützern.
Funktionsbedingt wird ein Einschaltwiderstand kurz vor dem Schließen eines Stromkreises bzw. eines Strompfads durch einen Hochspannungs-Leistungsschalter zugeschaltet und nach kurzer Zeit, welche als Einwirkzeit bezeichnet wird, kurzgeschlossen. Eine Kontaktanordnung, welche von dem Hochspannungs-Schaltgerät umfasst wird, schaltet den Einschaltwiderstand zu und/oder ab, und/oder schließt den Einschaltwiderstand kurz, d. h. schließt einen Strompfad parallel zum Einschaltwiderstand mit geringem Widerstand bzw. im Wesentlichen ohne Widerstand. Die Kontaktanordnung sowie die Unterbrechereinheit des Leistungsschalters werden durch einen gemeinsamen Antrieb angetrieben, z. B. einem Motor und/oder Federspeicherantrieb. Elemente einer kinematischen Kette, z. B. Getriebe-Elemente und eine Schaltstange, übertragen die Bewegungsenergie auf die Kontaktanordnung und die Unterbrechereinheit. Eine zeitliche Schaltfolge und Unterschiede in der Bewegung der Kontaktanordnung und der Unterbrechereinheit werden über die Elemente des Getriebes und über weitere mechanische Elemente der kinematischen Kette erreicht.
Bei der Verschaltung des Einschaltwiderstands mit der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters sind zwei Möglichkeiten gegeben, zum einen die Möglichkeit den Einschaltwiderstand parallel zu schalten oder die Möglichkeit den Einschaltwiderstand in Reihe zur Unterbrechereinheit zu schalten. Bei der Parallelschaltung wird der Einschaltwiderstand durch die Kontaktanordnung über Elemente des Getriebes zeitlich vor dem Leistungsschalter zugeschaltet und anschließend vom Leistungsschalter bzw. der Unterbrechereinheit kurzgeschlossen. Bei der Reihenschaltung schließt der Leistungsschalter über Elemente des Getriebes zuerst und schaltet somit den Einschaltwiderstand zu. Der Einschaltwiderstand wird nachträglich von der Kontaktanordnung kurzgeschlossen.
Die Bewegungsenergie, welche zum Schalten und Kurzschließen notwendig ist, d. h. die Bewegungsenergie zum Bewegen wenigstens eines beweglichen Kontaktstücks eines elektrischen Kontakts der Unterbrechereinheit sowie die Bewegungsenergie für die Kontaktanordnung, werden durch die mechanische Kopplung der Kontaktanordnung des Einschaltwiderstandes mit der Unterbrechereinheit durch den Antrieb bereitgestellt und von Elementen der kinematischen Kette auf die Kontaktanordnung und die Unterbrechereinheit übertragen. Elemente des Getriebes und Dimensionierungen von z. B. Wellen und/oder Hebeln ermöglichen zeitlich versetzte Bewegungen der beweglichen Kontaktstücke der Kontaktanordnung und der Unterbrechereinheit. Die mechanischen Einwirkzeiten werden fest durch die kinematische Kette vorgegeben.
Das Einstellfenster der mechanischen Einwirkzeiten ist auf Grund der mechanischen Kopplung der Kontaktanordnung und der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters stark begrenzt, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 20 ms. Die Einwirkzeit wird während der Montage des Hochspannungs-Schaltgerätes eingestellt und ist für jede weitere Schaltung fest vorgegeben. Damit kann die Kontaktstaffelung, d. h. die Reihenfolge und der zeitliche Abstand der Bewegung von Kontaktstücken der Unterbrechereinheiten und Kontaktanordnungen, nicht optimal für alle Netzkonfigurationen ausgelegt werden. Die Betätigungsenergie der Kontaktanordnung des Einschaltwiderstands belastet den gemeinsamen Antrieb des Leistungsschalters und erfordert gegebenenfalls einen stärkeren Antrieb, welcher höhere Kosten erzeugt. Die Bewegungsverläufe für einen Schaltertyp mit oder ohne Einschaltwiderstand bei gleichem Antrieb können voneinander variieren. Durch die hohe Geschwindigkeit und daraus resultierenden Beschleunigungen eines 2 cycle Schalters werden Elemente der kinematischen Kette für das Schalten des Einschaltwiderstands über die Kontaktanordnung entsprechend hoch belastet. Die Schaltzeiten des 2 cycle Schalters sind verhältnismäßig kurz, wodurch auch das Betätigungsfenster für die Kontaktanordnung des Einschaltwiderstands knapp dimensioniert ist. Des Weiteren kann dadurch eine größere Variantenvielfallt der Antriebe notwendig sein, um entsprechend den Bedürfnissen der Netzkonfigurationen eine vorgegebene, spezielle Kontaktstaffelung zu ermöglichen. Damit sind erhöhte Kosten verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hochspannungs-Schaltgerät und ein Verfahren zum Schalten von Hochspannungen anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe, ein Hochspannungs-Schaltgerät und ein Verfahren zum Schalten von Hochspannungen anzugeben, welche es ermöglichen, kostengünstig, einfach und flexibel, mechanisch unabhängig voneinander eine Unterbrechereinheit des Hochspannungs-Schaltgeräts und eine Kontaktanordnung eines Einschaltwiderstands des Hochspannungs-Schaltgeräts zu schalten. Weiterhin ist eine Aufgabe die Einwirkzeiten flexibel und einfach einstellen zu können, insbesondere abhängig von aktuellen Bedingungen im Netz, z. B. Einwirkzeiten, welche größer der Eigenzeiten der Unterbrechereinheiten bzw. des Leistungsschalters sind. Eine Optimierung der kinematischen Kette für die Kontaktanordnung des Einschaltwiderstands unabhängig von der Unterbrechereinheit sollte ermöglicht werden.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochspannungs-Schaltgerät zum Schalten von Hochspannungen mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Hochspannungs-Schaltgeräts, gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Schaltgeräts zum Schalten von Hochspannungen und/oder des Verfahrens zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Hochspannungs-Schaltgeräts, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
Ein erfindungsgemäßes Hochspannungs-Schaltgerät zum Schalten von Hochspannungen umfasst wenigstens eine Unterbrechereinheit und wenigstens einen Einschaltwiderstand. Der wenigstens eine Einschaltwiderstand ist über wenigstens eine Kontaktanordnung schaltbar und/oder kurzschließbar. Die wenigstens eine Unterbrechereinheit ist von wenigstens einem ersten Antrieb antreibbar und die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands ist von wenigstens einem zweiten Antrieb antreibbar.
Durch die Verwendung von zwei Antrieben, einem ersten Antrieb für die wenigstens eine Unterbrechereinheit und einem zweiten Antrieb für die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands, sind kostengünstig, einfach und flexibel, mechanisch unabhängig voneinander die Unterbrechereinheit des Hochspannungs-Schaltgeräts und die Kontaktanordnung des Einschaltwiderstands des Hochspannungs-Schaltgeräts zu schalten. Die Einwirkzeiten können durch die Verwendung von zwei Antrieben flexibel und einfach eingestellt werden, insbesondere abhängig von aktuellen Bedingungen im Netz. So können z. B. Einwirkzeiten, welche größer der Eigenzeiten der Unterbrechereinheiten bzw. des Leistungsschalters sind, eingestellt werden. Der Einschaltwiderstand kann insbesondere abhängig von Bedingungen im Netz deaktiviert werden. Die kinematische Kette der Kontaktanordnung des Einschaltwiderstands kann unabhängig von der Unterbrechereinheit optimiert werden, da die zwei Antriebe mechanisch unabhängig voneinander wirken.
Der wenigstens eine erste Antrieb und der wenigstens eine zweite Antrieb können elektrisch synchronisiert sein. Dadurch können die wenigstens eine Unterbrechereinheit und die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands aufeinander abgestimmt geschaltet werden, ohne mechanisch gekoppelt zu sein. Die abhängige elektrische bzw. elektronische Schaltung kann vordefiniert und/oder abhängig von aktuellen Bedingungen erfolgen, insbesondere flexibel, ohne Beschränkungen einer mechanischen Kopplung.
Der wenigstens eine Einschaltwiderstand kann in Reihe zur wenigstens einen Unterbrechereinheit geschaltet sein. Dabei kann die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands für eine hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt sein, insbesondere im Bereich von bis zu einigen 100 Ampere.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Einschaltwiderstand parallel zu wenigstens einer Unterbrechereinheit geschaltet sein. Dabei kann die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands für eine hohe Spannungsfestigkeit ausgelegt sein, insbesondere im Bereich von bis zu 1200 Kilovolt.
Die wenigstens eine Unterbrechereinheit kann über Elemente einer ersten kinematischen Kette, insbesondere ersten Getriebe-Elementen und/oder einer ersten Schaltstange, vom wenigstens einen ersten Antrieb antreibbar sein und/oder die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands kann über Elemente einer zweiten kinematischen Kette, insbesondere zweiten Getriebe-Elementen und/oder einer zweiten Schaltstange, vom wenigstens einen zweiten Antrieb antreibbar sein. Die erste kinematische Kette kann mechanisch unabhängig von der zweiten kinematischen Kette bewegbar sein. Die kinematischen Ketten können unabhängig voneinander optimiert werden, abhängig von den jeweiligen Bedürfnissen der Schaltung der wenigstens einen Unterbrechereinheit und/oder der wenigstens einen Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands.
Wenigstens eine Steuereinheit kann umfasst sein, welche ausgelegt ist den wenigstens einen ersten Antrieb und/oder den wenigstens einen zweiten Antrieb zu steuern. Durch die wenigstens eine Steuereinheit ist eine elektrische bzw. elektronische Synchronisation des wenigstens einen ersten Antriebs mit dem wenigstens einen zweiten Antrieb einfach und kostengünstig sowie flexibel möglich.
Das Hochspannungs-Schaltgerät kann nach Art eines Dead-Tanks aufgebaut sein und/oder das Hochspannungs-Schaltgerät kann nach Art eines Live-Tanks aufgebaut sein. Bei einem Dead-Tank Aufbau können die jeweils zugehörigen Antriebe nahe z. B. an den anzutreibenden Hochspannungs-Schaltgeräte-Einheiten angeordnet werden. Der wenigstens eine erste Antrieb kann z. B. räumlich benachbart zur wenigstens einen Unterbrechereinheit angeordnet sein und der wenigstens eine zweite Antrieb kann z. B. räumlich benachbart zur wenigstens einen Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands angeordnet sein. Dadurch können Kosten für lange, viele Elemente umfassende kinematischen Ketten eingespart werden und weniger Bewegungsenergie notwendig sein, was Kosten für einen größeren Antrieb einspart. Bei einem Live-Tank Aufbau können die jeweils zugehörigen Antriebe z. B. in einem oder getrennten Schaltschränken am Fuß bzw. nahe dem unteren Ende eines Stützisolators angeordnet werden. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Wartung durch Wartungspersonal möglich. Jedem Antrieb ist eine eigene kinematische Kette, insbesondere mit jeweils einer Schaltstange, welche z. B. in einem Stützisolator parallel zueinander verlaufen können, zugeordnet, wobei eine Optimierung der jeweiligen kinematischen Kette auf den jeweiligen Antrieb und/oder auf die zugeordnete Unterbrechereinheit bzw. die zugeordnete Kontaktanordnung des Einschaltwiderstand erfolgen kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Hochspannungs-Schaltgeräts umfasst, dass wenigstens eine Unterbrechereinheit geschaltet wird und dass wenigstens ein Einschaltwiderstand über wenigstens eine Kontaktanordnung geschaltet wird und/oder kurzgeschlossen wird. Die wenigstens eine Unterbrechereinheit wird von wenigstens einem ersten Antrieb angetrieben und die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands wird von wenigstens einem zweiten Antrieb angetrieben.
Die wenigstens eine Unterbrechereinheit kann in Reihe zu dem wenigstens einen Einschaltwiderstand geschaltet werden, und beim Einschalten kann die wenigstens eine Unterbrechereinheit den Strompfad über die wenigstens eine Unterbrechereinheit schließen und dabei den wenigstens einen Einschaltwiderstand zuschalten, wobei zeitlich folgend der wenigstens eine Einschaltwiderstand von der wenigstens einen Kontaktanordnung kurzgeschlossen wird.
Die wenigstens eine Unterbrechereinheit kann auch parallel zu dem wenigstens einen Einschaltwiderstand geschaltet werden, und beim Einschalten kann der wenigstens eine Einschaltwiderstand von der wenigstens einen Kontaktanordnung zeitlich vor der wenigstens einen Unterbrechereinheit zugeschaltet werden und anschließend von der wenigstens einen Unterbrechereinheit kurzgeschlossen werden.
Der wenigstens eine erste Antrieb und der wenigstens eine zweite Antrieb können elektrisch synchronisiert werden, insbesondere durch wenigstens eine Steuereinheit.
Abhängig von Bedingungen in einem angeschlossenen Stromnetz kann die mechanische Einwirkzeit des wenigstens einen Einschaltwiderstands elektrisch angepasst werden. Insbesondere kann der wenigstens eine Einschaltwiderstand z. B. abhängig von Bedingungen in einem angeschlossenen Stromnetz deaktiviert werden.
Die Einwirkzeit des wenigstens einen Einschaltwiderstands kann unabhängig von Zeiten der wenigstens einen Unterbrechereinheit gewählt werden, insbesondere unabhängig von Schaltzeiten und/oder Schaltdauer der wenigstens einen Unterbrechereinheit.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Hochspannungs-Schaltgeräts, gemäß Anspruch 10 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Schaltgeräts zum Schalten von Hochspannungen gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in der einzigen Figur dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die

Figur schematisch in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Hochspannungs-Schaltgerät 1, mit einem ersten Antrieb 4 für Unterbrechereinheiten 9 und einem zweiten Antrieb 5 für Kontaktanordnungen von Einschaltwiderständen 10.

In der einzigen Figur ist schematisch in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Hochspannungs-Schaltgerät 1 mit zwei Unterbrechereinheiten 9 und jeweils zugeordneten Einschaltwiderständen 10 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Hochspannungs-Schaltgerät 1 nach Art eines Live-Tanks ausgeführt, mit den Unterbrechereinheiten 9 und jeweils zugeordneten Einschaltwiderständen 10 im Betrieb auf Hochspannungsniveau. Dabei können an den Unterbrechereinheiten 9 und jeweils zugeordneten Einschaltwiderständen 10 bis zu 1200 kV Spannung anliegen. Alternativ, in den Figuren der Einfachheit halber nicht dargestellt, kann das Hochspannungs-Schaltgerät 1 nach Art eines Dead-Tanks ausgeführt sein, mit geerdeten Gehäuse.
Das erfindungsgemäße Hochspannungs-Schaltgerät 1 in der einzigen Figur ist T-förmig, mit einem säulenförmigen Stützer 2 senkrecht auf dem Untergrund bzw. einem Fundament angeordnet, ausgeführt. Jeweils eine Unterbrechereinheit 9 geht als linker Arm und eine Unterbrechereinheit 9 geht als rechter Arm von dem Stützer 2 am oberen Ende in 1 senkrecht ab. Parallel jeweils zu einer Unterbrechereinheiten 9 ist eine Kontaktanordnung eines Einschaltwiderstands 10 angeordnet. Die zwei Unterbrechereinheiten 9 und die zwei Kontaktanordnungen der Einschaltwiderstände 10 mit den jeweils zugeordneten Einschaltwiderständen 10 bilden einen Schaltkopf 3 und sind jeweils in einem Isolatorgehäuse, z. B. einem hohlzylinderförmigen Isolatorgehäuse insbesondere aus einem Kompositwerkstoff, Silikon und/oder Keramik, mit kreisförmiger Grund- und Deckfläche, angeordnet. Der Isolator bzw. das Isolatorgehäuse weist z. B. am äußeren Umfang eine gerippte Oberfläche auf, z. B. kreisförmig umlaufende, in regelmäßigen Abständen angeordnete Krempen, welche entlang der Längsrichtung einen Kriechweg für Strom erhöhen und elektrischen Überschlägen entlang der äußeren Oberfläche des Isolators entgegenwirken. Die gerippte Oberfläche der Isolatoren ist der Einfachheit halber in der einzigen Figur nicht dargestellt.
Der Stützer 2 ist z. B. ebenfalls aus hohlzylinderförmigen Isolatoren 15 insbesondere aus einem Kompositwerkstoff, Silikon und/oder Keramik, mit kreisförmiger Grund- und Deckfläche, aufgebaut, wobei Flansche, insbesondere aus Metallen wie Gusseisen und/oder Aluminium, die Isolatoren 15 miteinander mechanisch stabil verbinden. Die Isolatoren 15 weisen ebenfalls am äußeren Umfang z. B. eine gerippte Oberfläche auf, insbesondere mit kreisförmig umlaufenden, in regelmäßigen Abständen angeordneten Krempen, welche entlang der Längsrichtung einen Kriechweg für Strom erhöhen und elektrischen Überschlägen entlang der äußeren Oberfläche des Isolators 15 von der Hochspannungsseite zum Erdpotential entgegenwirken.
Die Unterbrechereinheiten 9 sind in Reihe hintereinander auf einer Längsachse angeordnet und über Flansche 11 miteinander bzw. mit einem Getriebegehäuse verbunden. An den Enden, in der einzigen Figur jeweils auf der linken und rechten Seite, ist ein elektrischer Anschluss 13 angeordnet, zum Anschließen des Hochspannungs-Schaltgeräts 1 an das elektrische Netz, an Stromerzeuger und/oder an Stromverbraucher. Im Ausführungsbeispiel der einzigen Figur sind die Einschaltwiderstände 10 insbesondere mit zugehörigen Kontaktanordnungen in Isolatoren parallel den Unterbrechereinheiten 9 angeordnet, z. B. zwei Einschaltwiderstände 10 mit jeweils zum Einschaltwiderstand 10 dazugehöriger Kontaktanordnungen hintereinander auf einer Längsachse angeordnet, welche parallel der Längsachse der Unterbrechereinheiten 9 ist. Die Einschaltwiderstände 10 mit zugeordneten Kontaktanordnungen bzw. deren Isolatorgehäuse sind über ein Getriebegehäuse 8 miteinander verbunden, insbesondere dem Getriebegehäuse 8, welches die Unterbrechereinheiten 9 verbindet. Eine elektrische Verschaltung der Unterbrechereinheiten 9 und Einschaltwiderstände 10 mit zugeordneten Kontaktanordnungen erfolgt z. B. innerhalb der Gehäuse und/oder außerhalb über Flansche 11 sowie Getriebe 6, 7, 8 und/oder elektrische Anschlüsse sowie Verbindungsstücke und/oder Leitungen.
Die Verschaltung der Unterbrechereinheiten 9 und Einschaltwiderstände 10 mit zugeordneten Kontaktanordnungen kann in Reihe und/oder parallel erfolgen, wobei die Anordnung der einzigen Figur eine Verschaltung der Unterbrechereinheiten 9 in Reihe und der Einschaltwiderstände 10 mit zugeordneten Kontaktanordnungen parallel dazu nahe legt, über die Anschlüsse 13 insbesondere mit dem elektrischen Netz verbunden. Alternativ können z. B. die Unterbrechereinheiten 9 in Reihe und die Einschaltwiderstände 10 mit zugeordneten Kontaktanordnungen jeweils in Reihe zu einer zugeordneten Unterbrechereinheit verschaltet sein. Weiter mögliche Verschaltungen umfassen unter anderem eine Parallelschaltung der Unterbrechereinheiten 9 bei insbesondere höheren zu schaltenden Spannungsebenen. Bei Verwendung von mehr als einer Unterbrechereinheit 9 und einem Einschaltwiderstand 10 mit Kontaktanordnung, insbesondere pro Pol, z. B. von vier Unterbrechereinheiten 9 und mehr, sind auch Kombinationen von Reihen- und Parallelschaltung möglich.
Erfindungsgemäß weist das Hochspannungs-Schaltgerät 1 mehr als einen Antrieb, im Ausführungsbeispiel der einzigen Figur zwei Antriebe 4 und 5 auf. Die Antriebe 4 und 5 sind z. B. jeweils in einem Antriebsgehäuse bzw. Antriebsschrank, seitlich befestigt am Stützer 2, angeordnet. Alternativ können die Antriebe 4, 5 auch in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. Schrank angeordnet sein. Die Antriebe 4, 5 umfassen z. B. Motoren und/oder Federspeicherantriebe. Über Elemente der kinematischen Kette, welche insbesondere in den Gehäusen und Isolatoren angeordnet sind, wird Bewegungsenergie von den Antrieben 4, 5 jeweils mechanisch unabhängig voneinander auf die zugeordneten Unterbrechereinheiten 9 und auf die zugeordneten Einschaltwiderstände 10 mit Kontaktanordnungen übertragen. Der Antrieb 4 treibt z. B. über eine erste kinematische Kette, welche z. B. die Getriebeanordnung 8 umfasst, die zwei Unterbrechereinheiten 9 beim Schalten an. Der mechanisch unabhängig von Antrieb 4 funktionierende Antrieb 5 treibt z. B. über eine zweite kinematische Kette, welche z. B. die Getriebeelemente 6 und 7 umfasst, die zwei Einschaltwiderstände mit der jeweils zugeordneten Kontaktanordnung beim Schalten an.
Dabei kann der Antrieb 4 z. B. zu einem ersten Zeitpunkt zur Erzeugung einer ersten Kraft bzw. Bewegung elektrisch ausgelöst werden und der Antrieb 5 kann z. B. zu einem anderen Zeitpunkt zur Erzeugung einer zweiten Kraft bzw. Bewegung elektrisch ausgelöst werden. Eine Synchronisation der Auslösezeiten kann über eine Steuerung 14 erfolgen, welche z. B. an dem Stützer 2 seitlich in einem Steuerschrank angeordnet ist. Ein Auslösen der Antriebe 4 und 5 elektrisch bzw. elektronisch gesteuert kann auch unabhängig voneinander erfolgen. Das Auslösen ist z. B. über eine Datenübermittlungseinheit, insbesondere Kabelgebunden und/oder per Mobilfunk, und/oder über eine Datenverarbeitungseinheit nach festen Programmen, und/oder gesteuert oder geregelt möglich.
Die Bewegungsenergie des ersten Antriebs 4 kann über Getriebeelemente, einer Antriebsstange z. B. im Stützer 2 beweglich verlaufend bzw. gelagert, und einer Getriebeanordnung 8, als Elemente einer ersten kinematischen Kette, auf die zwei Unterbrechereinheiten 9 im Schaltkopf 3 zum Ein- und/oder Ausschalten übertragen werden. Vom zweiten Antrieb 5 kann mechanisch unabhängig, elektrisch bzw. elektronisch gesteuert, z. B. synchronisiert mit dem ersten Antrieb 4, Bewegungsenergie des zweiten Antriebs 5 über Getriebeelemente, einer zweiten Antriebsstange z. B. im Stützer 2 beweglich parallel der ersten Antriebsstange verlaufend bzw. gelagert, und Getriebeelementen 6, 7, als Elemente einer zweiten kinematischen Kette, auf die zwei Kontaktanordnungen der Einschaltwiderstände 10 im Schaltkopf 3 zum Zu- und Abschalten und/oder Kurzschließen übertragen werden. Die Kontaktanordnungen der Einschaltwiderstände 10 können gleichzeitig oder zeitlich gegeneinander versetzt, z. B. über erste und/oder zweite Getriebeelemente 6, 7, von einer oder von beiden Seiten angetrieben werden.
Die Unterbrechereinheiten 9 können in Reihe zu den Einschaltwiderständen 10 geschaltet sein. Beim Einschalten können die Unterbrechereinheiten 9, angetrieben vom ersten Antrieb 4, den Strompfad über die Unterbrechereinheiten 9, zwischen den Anschlüssen 13 schließen und dabei die Einschaltwiderstände 10 zuschalten, wobei zeitlich folgend die Einschaltwiderstände 10 von den Kontaktanordnungen, angetrieben vom zweiten Antrieb 5, kurzgeschlossen werden.
Die Unterbrechereinheiten 9 können auch parallel zu den Einschaltwiderständen geschaltet werden. Beim Einschalten können die Einschaltwiderstände 10 von den zugeordneten Kontaktanordnungen, zusammen angetrieben vom zweiten Antrieb 5, zeitlich vor den Unterbrechereinheiten 9 zugeschaltet werden und anschließend von den Unterbrechereinheiten 9, welche durch den ersten Antrieb 4 angetrieben werden, kurzgeschlossen werden. Die Steuerung der Antriebe 4 und 5 erfolgt elektrisch und/oder elektronisch, wobei die Antriebe mechanisch unabhängig, abgesehen von deren Befestigung sind. Mechanisch unabhängig bedeutet, die Bewegungen erfolgen unabhängig voneinander, d. h. ohne mechanische Kopplung zur Übertragung von Bewegungsenergien. Abhängig von Bedingungen in einem angeschlossenen Stromnetz können die mechanischen Einwirkzeiten der Einschaltwiderstände 10 elektrisch bzw. elektronisch angepasst werden, insbesondere unabhängig von den Schaltzeiten der Unterbrechereinheiten 10, insbesondere außerhalb des Bereichs von 5 bis 20 ms. Z. B. können die Einschaltwiderstände 10 insbesondere abhängig von Bedingungen in dem angeschlossenen Stromnetz deaktiviert werden.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. als Unterbrechereinheiten Vakuumröhren, gasumströmte Schaltkontakte, Nennstrom- und/oder Lichtbogen-Kontakte, insbesondere umgeben von Clean Air und/oder SF₆ in den Isolatoren, verwendet werden. Der Stützer und/oder die Isolatoren sind z. B. nach au-ßen hin gasdicht ausgeführt und mit einem Isoliergas, z. B. Clean Air und/oder SF₆ befüllt. Eine Steuereinheit ist z. B. digital oder analog ausgeführt, insbesondere lokal mit einem Datenspeicher verbunden, und/oder über Kabel und/oder Funk mit einer Zentralen Warte und/oder der Cloud verbunden. Die Antriebe 4 und 5 können synchronisiert oder unsynchronisiert, unabhängig voneinander gesteuert, insbesondere ausgelöst werden. Es können auch mehr als zwei Antriebe umfasst sein, z. B. ein Antrieb pro Unterbrechereinheit und/oder ein Antrieb pro Kontaktanordnung und Einschaltwiderstand. Die Antriebe können direkt am Schaltkopf angeordnet sein, um Elemente der kinematischen Kette und/oder Antriebsenergie einzusparen. Insbesondere bei Ausführung als Dead-Tank statt wie in der einzigen Figur als Live-Tank, können Antriebe in einem extra Gehäuse oder im Dead-Tank Gehäuse der Unterbrechereinheiten und/oder Einschaltwiderstände integriert sein.
Mit den mechanisch unabhängigen Antrieben für die Unterbrechereinheiten und für die Kontaktanordnungen der Einschaltwiderstände sind Einwirkzeiten, die z. B. höher als die Eigenzeiten der Unterbrechereinheiten sind, realisierbar. Die Einwirkzeiten der Einschaltwiderstände können zeitlich angepasst und geändert werden, und sind nicht mechanisch vorgegeben. Eine Optimierung der kinematischen Ketten, jeweils auf die Bewegungsprofile der Unterbrechereinheiten und auf die Bewegungsprofile der Kontaktanordnungen der Einschaltwiderstände unabhängig voneinander, kann erfolgen, was Bewegungsenergie, Kosten und Aufwand sparen kann. So können z. B. standardisierte Antriebe, insbesondere mit geringerer Antriebsenergie, verwendet werden, welche in großen Stückzahlen kostengünstig gefertigt werden. Die Einschaltwiderstände sind unabhängig des Leistungsschalters, d. h. der Unterbrechereinheiten schaltbar, wobei z. B. Möglichkeiten entstehen, Einschaltwiderstände zu deaktivieren und weiterhin mit den Unterbrechereinheiten zu schalten.
Bezugszeichenliste

1: Hochspannungs-Schaltgerät
2: Stützer
3: Schaltkopf
4: erster Antrieb
5: zweiter Antrieb
6: erstes Getriebeelement
7: zweites Getriebeelement
8: Getriebeanordnung
9: Unterbrechereinheit
10: Einschaltwiderstand
11: Flansch der Unterbrechereinheit
12: Flansch zwischen Teilen des Stützers
13: elektrischer Anschluss
14: Steuereinheit
15: Isolator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5245145 A [0003, 0004]

Claims

Hochspannungs-Schaltgerät (1) zum Schalten von Hochspannungen, mit wenigstens einer Unterbrechereinheit (9) und mit wenigstens einem Einschaltwiderstand (10), wobei der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) über wenigstens eine Kontaktanordnung schaltbar und/oder kurzschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) von wenigstens einem ersten Antrieb (4) antreibbar ist und die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) von wenigstens einem zweiten Antrieb (5) antreibbar ist.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Antrieb (4) und der wenigstens eine zweite Antrieb (5) elektrisch synchronisiert sind.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) in Reihe zur wenigstens einen Unterbrechereinheit (9) geschaltet ist.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) für eine hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt ist, insbesondere im Bereich von bis zu einigen 100 Ampere.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) parallel zur wenigstens einen Unterbrechereinheit (9) geschaltet ist.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) für eine hohe Spannungsfestigkeit ausgelegt ist, insbesondere im Bereich von bis zu 1200 Kilovolt.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) über Elemente einer ersten kinematischen Kette, insbesondere ersten Getriebe-Elementen und/oder einer ersten Schaltstange, vom wenigstens einen ersten Antrieb (4) antreibbar ist und/oder dass die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) über Elemente einer zweiten kinematischen Kette, insbesondere zweiten Getriebe-Elementen und/oder einer zweiten Schaltstange, vom wenigstens einen zweiten Antrieb (5) antreibbar ist, und/oder dass die erste kinematische Kette mechanisch unabhängig von der zweiten kinematischen Kette bewegbar ist.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuereinheit (14) umfasst ist, welche ausgelegt ist den wenigstens einen ersten Antrieb (4) und/oder den wenigstens einen zweiten Antrieb (5) zu steuern.
Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach Art eines Dead-Tanks aufgebaut ist und/oder das Hochspannungs-Schaltgerät (1) nach Art eines Live-Tanks aufgebaut ist.
Verfahren zum Schalten von Hochspannungen, insbesondere unter Verwendung eines Hochspannungs-Schaltgeräts (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) geschaltet wird und dass wenigstens ein Einschaltwiderstand (10) über wenigstens eine Kontaktanordnung geschaltet wird und/oder kurzgeschlossen wird, wobei die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) von wenigstens einem ersten Antrieb (4) angetrieben wird und die wenigstens eine Kontaktanordnung des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) von wenigstens einem zweiten Antrieb (5) angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) in Reihe zu dem wenigstens einen Einschaltwiderstand (10) geschaltet wird, und beim Einschalten die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) den Strompfad über die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) schließt und dabei den wenigstens einen Einschaltwiderstand (10) zuschaltet, wobei zeitlich folgend der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) von der wenigstens einen Kontaktanordnung kurzgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Unterbrechereinheit (9) parallel zu dem wenigstens einen Einschaltwiderstand (10) geschaltet wird, und beim Einschalten der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) von der wenigstens einen Kontaktanordnung zeitlich vor der wenigstens einen Unterbrechereinheit (9) zugeschaltet wird und anschließend von der wenigstens einen Unterbrechereinheit (9) kurzgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Antrieb (4) und der wenigstens eine zweite Antrieb (5) elektrisch synchronisiert werden, insbesondere durch wenigstens eine Steuereinheit (14).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von Bedingungen in einem angeschlossenen Stromnetz die mechanische Einwirkzeit des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) elektrisch angepasst wird, insbesondere dass der wenigstens eine Einschaltwiderstand (10) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkzeit des wenigstens einen Einschaltwiderstands (10) unabhängig von Zeiten der wenigstens einen Unterbrechereinheit (9) gewählt wird, insbesondere unabhängig von Schaltzeiten und/oder Schaltdauer der wenigstens einen Unterbrechereinheit (9).