DE102020211953A1

DE102020211953A1 - Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück

Info

Publication number: DE102020211953A1
Application number: DE102020211953.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Armschat; Lutz-Rüdiger Jänicke
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: DE102020211953B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter (1) und ein Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück (5) des Hochspannungsleistungsschalters (1), mit wenigstens einer Schalteinheit (2), welche wenigstens einen Lichtbogenkontakt (4) umfasst, wobei der Lichtbogenkontakt wenigstens zwei Lichtbogenkontaktstücke (5, 6) umfasst. Ein Stromsensor (7) ist an einem Lichtbogenkontaktstück (5) angeordnet, zur Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück des Hochspannungsleistungsschalters, mit wenigstens einer Schalteinheit, welche wenigstens einen Lichtbogenkontakt umfasst, wobei der Lichtbogenkontakt wenigstens zwei Lichtbogenkontaktstücke umfasst.
Hochspannungsleistungsschalter sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von bis zu 1200 kV Spannung und im Bereich von bis zu einigen tausend Ampere Strom. Zum Schalten werden Schalteinheiten verwendet, welche wenigstens einen Nennstromkontakt und wenigstens einen Lichtbogenkontakt umfassen. Die Kontakte sind in einem Gehäuse angeordnet, z. B. einem Isolator aus Silikon, Keramik und/oder Kompositwerkstoffen, insbesondere mit Rippen am äußeren Umfang zur Erhöhung der Kriechstromlänge, oder z. B. in einem geerdeten Metalltank. Das Gehäuse ist mit einem Schaltgas, z. B. SF₆ und/oder Clean Air befüllt. Beim Schalten der Kontakte treten Lichtbögen auf, welche durch Beblasen mit Schaltgas, z. B. über eine Blasdüse aus Teflon und/oder Kunststoff, gelöscht werden. Lichtbögen führen zu einer Beschädigung, bis hin zu einer Zerstörung von Elementen des Hochspannungsleistungsschalters, z. B. von Kontakten. Hohe Temperaturen in einem Plasma der Lichtbögen führen zu einer Ionisation von Molekülen, zu Strahlung z. B. in Form von Licht und/oder Radiowellen und zu einem Abbrand an Kontakten.
Um einen Abbrand an Nennstromkontakten zu vermeiden, werden beim Einschalten eines Hochspannungsleistungsschalters erst Lichtbogenkontakte geschaltet, über welche sich ein Lichtbogen ausbildet. Die Lichtbogenkontakte umfassen wenigstens zwei Lichtbogenkontaktstücke, insbesondere ein festes und ein bewegliches Lichtbogenkontaktstück, zwischen denen der Lichtbogen brennt. Um einen Abbrand zu minimieren bzw. zu vermeiden, sind die Lichtbogenkontaktstücke z. B. aus Stahl mit einer Beschichtung, insbesondere Graphit, und in besonderer Form ausgebildet. So weisen Lichtbogenkontaktstücke z. B. die Form eines Pins und Tulpenform auf. Über die Blasdüse wird beim Schalten Schaltgas über bzw. zwischen die Lichtbogenkontaktstücke geblasen, und der Lichtbogen zum Erlöschen gebracht. Sind die Lichtbogenkontaktestücke stromführend miteinander in Kontakt, wird der Nennstromkontakt geschaltet. Ein Nennstromkontakt umfasst wenigstens zwei Nennstromkontaktstücke, insbesondere ein festes und ein bewegliches Nennstromkontaktstück. Die Kontaktstücke sind z. B. hohlrohrförmig ausgebildet mit großem Umfang, und umfassen z. B. räumlich die Lichtbogenkontaktstücke und/oder die Blasdüse.
Im eingeschalteten Zustand fließt der Strom im Wesentlichen über die Nennstromkontaktstücke. Das zeitlich vorhergehende Schalten der Lichtbogenkontaktstücke beim Einschalten und das zeitlich folgende Trennen der Lichtbogenkontaktstücke beim Ausschalten verhindert, dass ein Lichtbogen zwischen den Nennstromkontaktstücken brennt. Dadurch sind die Nennstromkontaktstücke gegen Verschleiß bzw. Schädigung durch den Lichtbogen geschützt. Die Form und Materialwahl der Lichtbogenkontaktstücke sind unter anderem optimiert, geringen Verschleiß bei Lichtbögen zu zeigen. Die Dauer und Intensität des Lichtbogens zwischen den Lichtbogenkontaktstücken bestimmt den Grad des Verschleißes der Lichtbogenkontaktstücke. Ohne Kenntnis der Häufigkeit und Dauer sowie Intensität der Lichtbögen, ist eine Bestimmung der Haltbarkeit von Kontaktstücken schwierig und beruht auf Erfahrungen. Regelmäßige Wartungen in kurzen zeitlichen Intervallen sind notwendig, um eine zuverlässige Funktionsweise eines Hochspannungsleistungsschalters sicher zu gewährleisten. Häufige Wartungen sind jedoch kosten- und personalintensiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe einen Hochspannungsleistungsschalter und ein Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters anzugeben, welche einfach und kostengünstig sind, und einen sicheren, dauerhaften, zerstörungsfreien Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters ermöglichen bzw. eine kostengünstige, optimale Wartung ermöglichen.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochspannungsleistungsschalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
Ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter umfasst wenigstens eine Schalteinheit, mit wenigstens einem Lichtbogenkontakt, wobei der Lichtbogenkontakt wenigstens zwei Lichtbogenkontaktstücke umfasst. Wenigstens ein Stromsensor ist an einem Lichtbogenkontaktstück angeordnet, zur Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück.
Der Stromsensor ermöglicht durch Messung des Stroms über das Lichtbogenkontaktstück eine Bestimmung der Häufigkeit, Dauer und Intensität von Lichtbögen, und damit die Bestimmung der Abnutzung bzw. des Verschleißzustands von Lichtbogenkontaktstücken. Dadurch ist eine bessere Planung der Wartung von Hochspannungsleistungsschaltern möglich und längere Wartungsintervalle sind möglich. Dies ermöglicht eine Einsparung von Kosten und Aufwand. Die Messung des Stroms über den Lichtbogenkontakt ermöglicht einen sicheren, dauerhaften, zerstörungsfreien Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau, wobei eine kostengünstige, optimale Wartung ermöglich ist.
Der wenigstens eine Stromsensor kann einen optischen Stromwandler umfassen, insbesondere einen Lichtwellenleiter. Strommessungen bei hohen Strömen, insbesondere im Bereich von einigen tausend Ampere, ist einfach, zuverlässig, sicher und genau mit optischen Stromwandlern, insbesondere unter Verwendung von Lichtwellenleitern, möglich.
Das Lichtbogenkontaktstück kann in Form eines Pins ausgebildet sein, insbesondere an einem zylinderförmigen Steg angeordnet. Der wenigstens eine Stromsensor kann direkt an dem Pin angeordnet sein, insbesondere um den Pin herum in Form einer Schleife und/oder einer Spule gewickelt. Dadurch ist ein einfacher, kostengünstiger Aufbau möglich, mit einer hohen Sensitivität, Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Strommessung.
Ein Referenzlichtwellenleiter kann umfasst sein, insbesondere angeordnet auf einer Seite des Stegs, welche der Seite des Pins gegenüberliegend ist. Der Referenzlichtwellenleiter wird gegenüber dem Lichtbogen und gegenüber Strömen über den Pin durch den Steg abgeschirmt, und ergibt einen Referenzwert, welcher z. B. als Grundfehlerwert vom Messwert des Lichtwellenleiters am Pin bzw. dem Stromsensor abgezogen werden kann.
Dadurch ist eine kalibrierte Strommessung zu jedem Zeitpunkt möglich, mit minimiertem Fehler.
Eine Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, -Empfangs- und/oder Sende-Einheit kann umfasst sein, zur Bestimmung des Stroms über den Lichtbogenkontakt. Die Einheit ermöglicht z. B. die Verarbeitung, Speicherung, das Senden und/oder Anzeigen der Messwerte des Stromsensors, eine Steuerung oder Regelung des Stromsensors, und die Verarbeitung, Speicherung und/oder das Anzeigen der Messwerte des Stromsensors zentral in einer Leitwarte und/oder dezentral z. B. auf Handheldgeräten, sowie die Ausgabe von Warnsignalen und/oder Wartungsaufträgen bei Erreichen von kritischen Werten.
Die Einheit kann auf Hochspannungsebene angeordnet sein, insbesondere mit einer Datenübermittlungseinheit zu einer Erdpotentialseite hin, insbesondere einer Funkeinheit und/oder einer Lichtsignal-Sende- und/oder Empfangs-Einheit als Datenübermittlungseinheit, was einen kostengünstigen und einfachen Aufbau ermöglicht. Oder die Einheit kann auf Erdpotentialebene angeordnet sein, was insbesondere einen besonders zuverlässigen Betrieb ermöglicht sowie eine einfache Wartung und Anzeige, bzw. ein einfaches Auslesen der Daten.
Die wenigstens eine Schalteinheit kann wenigstens einen Nennstromkontakt umfassen, wobei der Nennstromkontakt wenigstens zwei Nennstromkontaktstücke umfasst. Ein Nennstromkontakt ermöglicht einen Stromfluss im geschlossenen Zustand eines Hochspannungsleistungsschalters mit geringem Widerstand, geringen elektrischen Verlusten und minimiert die Abnutzung eines Lichtbogenkontakts. Der Strom über den Lichtbogenkontakt fließt dadurch nur beim Schalten, insbesondere beim Ein- und Ausschalten. Dadurch erfolgt eine Beanspruchung und/oder Abnutzung bzw. ein Abbrand an den Lichtbogenkontaktstücken nur beim Schalten, was die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Hochspannungsleistungsschalters erhöht.
Die wenigstens eine Schalteinheit kann in einem Gehäuse angeordnet sein, insbesondere einem Metalltank oder einem Isolatorgehäuse aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositwerkstoff. Zwischen dem wenigstens einen Nennstromkontakt und dem wenigstens einen Lichtbogenkontakt kann wenigstens eine Blasdüse angeordnet sein, insbesondere aus Teflon und/oder Kunststoff. Das Gehäuse kann mit einem Schaltgas befüllt sein, insbesondere SF₆ und/oder Clean Air. Dadurch ist ein einfacher, kostengünstiger Aufbau des Hochspannungsleistungsschalters möglich, bei hoher Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
Eine Ladeschaltung mit wenigstens einem Kondensator kann umfasst sein, insbesondere mit einem Gleichrichter und/oder mit einem Schalter und/oder mit einem Spannungsmesser, zur Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück mit Hilfe des Stromsensors. Ein gleichgerichteter Messstrom bei der Strommessung des Stromsensors kann durch den Kondensator, d. h. durch Ladung des Kondensators, aufintegriert werden und über einen Spannungswert, gemessen durch den Spannungsmesser, angezeigt bzw. ausgelesen werden. Die Verwendung einer Ladeschaltung ergibt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Strom über den Lichtbogenkontakt, gemessen durch den Stromsensor, zu erfassen und auszuwerten. Eine Auslöseeinheit kann umfasst sein, über die die Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück mit Hilfe des Stromsensors über den Kondensator auslösbar ist. Insbesondere eine optische Sensoreinheit und/oder ein Schwellwertschalter und/oder eine Antenne für Radiowellen eines Lichtbogens können als einfache und kostengünstige Auslöseeinheiten dienen. Dadurch ist ein Laden des Kondensators, und damit eine Stromaufintegration und Auswertung, ausgelöst beim Zünden eines Lichtbogens möglich, womit Fehler in der Strommessung des Lichtbogens minimiert und eine Ermittlung der Abnutzung der Lichtbogenkontakte mit hoher Genauigkeit möglich werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, umfasst, dass wenigstens ein Stromsensor an einem Lichtbogenkontaktstück eines Lichtbogenkontakts wenigstens einer Schalteinheit des Hochspannungsleistungsschalters einen Strom über den Lichtbogenkontakt misst.
Der Strom kann mit wenigstens einem optischen Stromwandler, insbesondere einem Lichtwellenleiter um einen Pin des Lichtbogenkontaktstücks herum angeordnet, als Stromsensor gemessen werden.
Der Strom kann mit einem Stromwandler als Stromsensor gemessen werden, insbesondere über wenigstens einen Kondensator elektrisch verbunden mit dem Stromwandler, insbesondere umfasst von einer Ladeschaltung mit einem Gleichrichter und/oder mit einem Schalter, ausgelöst insbesondere über eine optische Sensoreinheit und/oder einen Schwellwertschalter und/oder eine Antenne für Radiowellen eines Lichtbogens, wobei insbesondere ein Spannungsmesser parallel zum Kondensator geschaltet ein Maß für den integrierten Strom über das Lichtbogenkontaktstück angibt, insbesondere ausgewertet, angezeigt und/oder übermittelt über eine Signal-Erfassungs-, - Verarbeitungs-, -Empfangs- und/oder Sende-Einheit.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalters, gemäß Anspruch 12 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigen die

1 schematisch einen erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter 1 mit einer Schalteinheit 2, welche einen Lichtbogenkontakt 4 mit zwei Lichtbogenkontaktstücken 5, 6 umfasst, und mit einem Stromsensor 7 zur Messung eines Stroms über den Lichtbogenkontakt 4, und
2 den Hochspannungsleistungsschalter 1 der 1 mit einer Ladeschaltung, welche einen Schalter 13 und einen Gleichrichter 16 umfasst sowie einen Kondensator 14 und Spannungsmesser 15 zur Ermittlung des Integrals eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück 5.

In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter 1 mit einer Schalteinheit 2 in einem Gehäuse 8 dargestellt. Das Gehäuse 8 ist z. B. ein hohlrohrförmiger Isolator aus Silikon, Keramik und/oder Kompositwerkstoffen, insbesondere mit Rippen am äußeren Umfang zur Erhöhung der Kriechstromlänge, oder z. B. ein geerdeter Metalltank. Das Gehäuse ist insbesondere mit einem Schaltgas bzw. Isoliergas, z. B. SF₆ und/oder Clean Air befüllt. Die Schalteinheit 2 umfasst einen Nennstromkontakt 3 und einen Lichtbogenkontakt 4. Der Nennstromkontakt 3 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein festes und ein bewegliches Nennstromkontaktstück auf, und der Lichtbogenkontakt 4 weist ein festes und ein bewegliches Lichtbogenkontaktstück 5, 6 auf. Die Nennstromkontaktstücke sind hohlrohrförmig ausgebildet, und eine Blasdüse 9 ist fest mit einem Nennstromkontaktstück verbunden, insbesondere eingeschraubt. Die Nennstromkontaktstücke umfassen räumlich die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6. Ein insbesondere festes Lichtbogenkontaktstück 5 ist pinförmig ausgebildet, wobei der Pin an einem scheibenförmigen bzw. zylinderförmigen Steg befestigt ist, der den Pin mit einem zugeordneten Nennstromkontaktstück verbindet. Das gegenüberliegenden Lichtbogenkontaktstück 6 ist tulpenförmig ausgebildet, wobei der Pin im geschlossenen Zustand des Hochspannungsleistungsschalters 1 räumlich vom tulpenförmigen Lichtbogenkontaktstück 6 umfasst ist, und mechanisch sowie elektrisch mit dem Lichtbogenkontaktstück 6 in Verbindung steht.
In 1 ist der Hochspannungsleistungsschalter 1 im geöffneten Zustand dargestellt. Der geschlossene Zustand ist der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt. Beim Einschalten des Hochspannungsleistungsschalters 1 wird das bewegliche Lichtbogenkontaktstück 6 auf das feste Lichtbogenkontaktstück 5 zubewegt, wobei es möglich ist, dass ein Lichtbogen zündet und zwischen den Kontaktstücken brennt. Beim elektrischen und mechanischen Kontakt der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 erlischt ein etwaig brennender Lichtbogen und der gesamte Strom fließt kurzzeitig über die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6. Darauffolgend wird der Nennstromkontakt 3 geschlossen, und die Nennstromkontaktstücke sind elektrisch und mechanisch in Kontakt miteinander. Durch den größeren Durchmesser der Nennstromkontaktstücke und geeignete Materialwahl, fließt im Wesentlichen der gesamte Strom über die Nennstromkontaktstücke. Die Nennstromkontaktstücke sind z. B. aus Stahl, Aluminium und/oder Kupfer. Die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 sind mit geringerem Querschnitt als die Nennstromkontaktstücke ausgebildet, und sind aus Stahl, Aluminium und/oder Kupfer, mit einem Pin, welcher z. B. eine Spitze aus abbrandfestem Carbon aufweist und/oder beschichtet ist.
Beim Öffnen des Hochspannungsleistungsschalters 1 bzw. Ausschalten, wird erst der Nennstromkontakt 3 getrennt und darauffolgend der Lichtbogenkontakt 4. Nach dem Trennen des Nennstromkontakts 3 fließt kurzzeitig der gesamte Strom über die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6. Beim Trennen bzw. voneinander Wegbewegen der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 kann ein Lichtbogen zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 5, 6 brennen, welcher insbesondere durch Schaltgas, z. B. SF₆ und/oder Clean Air, über die Blasdüse 9 ausgeblasen wird. Ein ausreichender Abstand der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 voneinander, z. B. im Bereich von Zentimetern, umgeben von Schaltgas, verhindert ein Wiederentzünden des Lichtbogens. Durch das Brennen des Lichtbogens ist ein Abbrand und/oder eine Abnutzung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 möglich, bis hin zu einer Schädigung und/oder Zerstörung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 und damit des Hochspannungsleistungsschalters 1. Die Dauer und Intensität eines Lichtbogens hängt vom Stromfluss über die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 ab und bestimmt den Abbrand bzw. die Abnutzung.
Zur Bestimmung des Stroms über die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 und zur Bestimmung des Abbrands bzw. der Abnutzung wird erfindungsgemäß ein Stromsensor 7 an wenigstens einem Lichtbogenkontaktstück 5 angeordnet. Der Stromsensor 7 ist z. B. in Form eines optischen Stromwandlers ausgebildet, insbesondere in Form eines Lichtwellenleiters, welcher um einen Pin des Lichtbogenkontaktstücks 5 herum angeordnet bzw. gewickelt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Stromsensor 7 ein klassischer Stromwandler, z. B. in Form einer elektrischen Leiterschleife und/oder -Spule sein. Zur Eichung und zum Abzug von Fehlerströmen, z. B. durch Induktion von Umgebungsfeldern, ist auf der Rückseite des Stegs, an dem der Pin des Lichtbogenkontaktstücks 5 angeordnet ist, ein Referenzstromsensor insbesondere in Form eines Referenzlichtwellenleiters 10 angeordnet. Der Referenzlichtwellenleiter 10 misst Störsignale, welche vom Strommesswert des Stromsensors 7 zur Fehlerkorrektur abgezogen werden. Eine Bestimmung von Strömen über den Lichtbogenkontakt 4 mit Hilfe des Stromsensors 7 insbesondere mit hoher Genauigkeit sind so möglich, und damit eine Bestimmung der Dauer und der Intensität von Lichtbögen sowie des Abbrands und/oder der Abnutzung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6. Dadurch ist eine bedarfsgerechte Wartung des Hochspannungsleistungsschalters 1 möglich, mit längeren Wartungsintervallen oder nur bei vorgegebener Abnutzung, was Kosten und Aufwand einspart.
In 2 ist der Hochspannungsleistungsschalter 1 der 1 mit einer Ladeschaltung dargestellt, welche alternativ oder zusätzlich zum Referenzstromsensor, insbesondere in Form eines Referenzlichtwellenleiters 10, eingesetzt wird. Z. B. kann bei einem optischen Stromwandler mit einem Lichtwellenleiter als Stromsensor 7 der in 1 dargestellte Referenzlichtwellenleiter 10 verwendet werden, um Messfehler zu reduzieren. Und bei Einsatz eines klassischen Stromwandlers, insbesondere mit einer Leiterspule, kann die in 2 dargestellte Ladeschaltung mit einem Schalter 13 verwendet werden. Kombinationen sind ebenfalls möglich. Der Schalter 13 ist z. B. ein Schwellwertschalter, welcher bei Erreichen eines Schwellwertes im Stromsensor 7 die Ladeschaltung aktiviert. Der Strom des Stromsensors 7, z. B. durch Stromfluss über den Lichtbogenkontakt 4 hinweg bei z. B. brennenden Lichtbögen in einer Spule als Stromsensor 7 induziert, wird in die Ladeschaltung eingespeist. Der Strom wird gleichgerichtet über einen Gleichrichter 16 und lädt einen Kondensator 14. Ein parallel zum Kondensator 15 elektrisch verbundener Spannungsmesser 15 ermittelt bzw. zeigt den Ladezustand des Kondensators 14 an, und/oder wird von einer Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, und/oder -Empfangs/Sende-Einheit 17 ausgelesen.
Der Ladezustand des Kondensators 14, bestimmt über das Spannungssignal des Spannungsmessers 15, ist ein Maß für die Dauer und Intensität des Stroms über die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 hinweg. Damit ist die Dauer und Intensität von Lichtbögen bestimmbar sowie eine insbesondere proportionale Abnutzung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Um nur Ströme bei brennenden Lichtbögen zu messen, und damit Fehler bei der Ermittlung des Zustands bzw. Abbrands der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 zu vermeiden bzw. zu verringern, kann die Ladeschaltung und/oder die Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, und/oder - Empfangs/Sende-Einheit 17 über eine Antenne 11 und/oder optische Sensoreinheit 12 gesteuert oder geregelt werden bzw. eingeschaltet werden. So kann ein Radiosignal eines Lichtbogens z. B. über eine Antenne 11 und/oder ein Lichtsignal eines Lichtbogens z. B. über eine Photodiode 12 registriert werden, und die Ladeschaltung einschalten, z. B. über den Schalter 13. Alternativ oder zusätzlich kann die Antenne 11 und/oder Photodiode 12 die Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, und/oder -Empfangs/Sende-Einheit 17 bei der Erfassung des Kondensatorladezustands steuern, um nur bei Lichtbogenbrand Änderungen des Ladezustands zu erfassen bzw. aufzusummieren.
Die Ladeschaltung kann mit der Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, und/oder -Empfangs/Sende-Einheit 17 auf Hochspannungspotential oder auf Erdpotential angeordnet sein, und die Messergebnisse können an eine Zentrale und/oder an Handheldgeräte vor Ort und/oder entfernt, und/oder an eine Leitwarte gesendet werden. Dabei können bei Erreichen von kritischen Werten, z. B. dem Überschreiten eines Ladestroms des Kondensators 14, Warnsignale vor Ort und/oder in der Leitwarte bzw. auf Handheldgeräten, wie z. B. Handys, Laptops und/oder Tablets, ausgegeben werden und z. B. eine Inaktivierung des Hochspannungsleistungsschalters 1 erfolgen, z. B. durch Blockieren eines Antriebs. Wartungspersonal kann beauftragt werden, den Hochspannungsleistungsschalter zu warten, insbesondere zu begutachten und verschlissene Teile, wie z. B. Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 auszuwechseln, und/oder den Hochspannungsleistungsschalter 1 vom Stromnetz zu nehmen und z. B. komplett auszutauschen. Die Messung des Stroms durch den Stromsensor 7 über die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6, insbesondere nur bei brennendem Lichtbogen, ermöglicht eine genaue Bestimmung der Abnutzung und des Verschleißes sowie des Zeitpunktes einer notwendigen Wartung des Hochspannungsleistungsschalters 1, und spart dadurch Zeit, Personalaufwand und Kosten, und ermöglicht ein kontinuierliches Monitoring, insbesondere remote Monitoring z. B. über das Internet, und eine bedarfsgerechte Wartung.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. jeweils ein bewegliches und ein festes oder wenigstens zwei bewegliche Kontaktstücke bei einem Kontakt 3, 4 verwendet werden. Stromsensoren 7 können optische, magnetische und/oder elektrische Messungen umfassen, und direkt an wenigstens einem Lichtbogenkontaktstück 5, insbesondere an einem Pin eines Lichtbogenkontaktstücks 5, angeordnet sein, und/oder z. B. in deren Umgebung. Fehlerkorrekturen der Strommessungen können z. B. durch Referenzlichtwellenleiter 10 erfolgen, durch Schaltung über Antennen 11 und/oder optische Sensoreinheiten 12, oder rechnerisch über die Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, -Empfangs/Sende-Einheit 17 erfolgen. Ladeschaltungen können neben Gleichrichtern 16, Schaltern 13, Kondensatoren 14 und/oder Spannungsmesser 15, weitere Elemente enthalten, wie z. B. elektrische und/oder elektronische Bauelemente, und/oder Mikrochips. Eine Datenermittlung, -Auswertung und/oder Übertragung kann über Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, -Empfangs/Sende-Einheiten 17 erfolgen und/oder über zusätzliche Einrichtungen, wie z. B. eine Sensbox.
Bezugszeichenliste

1: Hochspannungsleistungsschalter
2: Schalteinheit
3: Nennstromkontakt
4: Lichtbogenkontakt
5: Erstes Lichtbogenkontaktstück
6: Zweites Lichtbogenkontaktstück
7: Stromsensor
8: Gehäuse
9: Blasdüse
10: Referenzlichtwellenleiter
11: Antenne
12: Optische Sende/Sensoreinheit
13: Schalter
14: Kondensator
15: Spannungsmesser
16: Gleichrichter
17: Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, -Empfangs/Sende-Einheit

Claims

Hochspannungsleistungsschalter (1) mit wenigstens einer Schalteinheit (2), welche wenigstens einen Lichtbogenkontakt (4) umfasst, wobei der Lichtbogenkontakt wenigstens zwei Lichtbogenkontaktstücke (5, 6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stromsensor (7) an einem Lichtbogenkontaktstück (5) zur Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück (5) angeordnet ist.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stromsensor (7) einen optischen Stromwandler umfasst, insbesondere einen Lichtwellenleiter.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenkontaktstück (5) in Form eines Pins ausgebildet ist, insbesondere an einem zylinderförmigen Steg angeordnet, und/oder dass der wenigstens eine Stromsensor (7) direkt an dem Pin angeordnet ist, insbesondere um den Pin herum in Form einer Schleife und/oder einer Spule.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzlichtwellenleiter (10) umfasst ist, insbesondere angeordnet auf einer Seite des Stegs, welche der Seite des Pins gegenüberliegend ist.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, -Empfangs- und/oder Sende-Einheit (17) umfasst ist, zur Bestimmung des Stroms über den Lichtbogenkontakt (4).
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (17) auf Hochspannungsebene angeordnet ist, insbesondere mit einer Datenübermittlungseinheit zu einer Erdpotentialseite hin, insbesondere einer Funkeinheit und/oder einer Lichtsignal-Sende- und/oder Empfangs-Einheit als Datenübermittlungseinheit.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (17) auf Erdpotentialebene angeordnet ist.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schalteinheit (2) wenigstens einen Nennstromkontakt (3) umfasst, wobei der Nennstromkontakt (3) wenigstens zwei Nennstromkontaktstücke umfasst.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schalteinheit (2) in einem Gehäuse (8) angeordnet ist, insbesondere einem Metalltank oder einem Isolatorgehäuse aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositwerkstoff, und/oder dass zwischen dem wenigstens einen Nennstromkontakt (3) und dem wenigstens einen Lichtbogenkontakt (4) wenigstens eine Blasdüse (9) angeordnet ist, insbesondere aus Teflon und/oder Kunststoff, und/oder dass das Gehäuse (8) mit einem Schaltgas befüllt ist, insbesondere SF₆ und/oder Clean Air.
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeschaltung mit wenigstens einem Kondensator (14) umfasst ist, insbesondere mit einem Gleichrichter (16) und/oder mit einem Schalter (13) und/oder mit einem Spannungsmesser (15), zur Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück (5) mit Hilfe des Stromsensors (7).
Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslöseeinheit umfasst ist, über die die Messung eines Stroms über das Lichtbogenkontaktstück (5) mit Hilfe des Stromsensors (7) über den Kondensator (14) auslösbar ist, insbesondere eine optische Sensoreinheit (12) und/oder ein Schwellwertschalter und/oder eine Antenne (11) für Radiowellen eines Lichtbogens.
Verfahren zur Messung eines Stroms über ein Lichtbogenkontaktstück (5) eines Hochspannungsleistungsschalters (1), insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stromsensor (7) an einem Lichtbogenkontaktstück (5) eines Lichtbogenkontakts (4) wenigstens einer Schalteinheit (2) des Hochspannungsleistungsschalters (1) einen Strom über den Lichtbogenkontakt (4) misst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom mit wenigstens einem optischen Stromwandler, insbesondere einem Lichtwellenleiter um einen Pin des Lichtbogenkontaktstücks (5) herum angeordnet, als Stromsensor (7) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom mit einem Stromwandler als Stromsensor (7) gemessen wird, insbesondere über wenigstens einen Kondensator (14) elektrisch verbunden mit dem Stromwandler, insbesondere umfasst von einer Ladeschaltung mit einem Gleichrichter (16) und/oder mit einem Schalter (13), ausgelöst insbesondere über eine optische Sensoreinheit (12) und/oder einen Schwellwertschalter und/oder eine Antenne (11) für Radiowellen eines Lichtbogens, wobei insbesondere ein Spannungsmesser (15) parallel zum Kondensator (14) geschaltet ein Maß für den integrierten Strom über das Lichtbogenkontaktstück (5) angibt, insbesondere ausgewertet, angezeigt und/oder übermittelt über eine Signal-Erfassungs-, -Verarbeitungs-, -Empfangs- und/oder Sende-Einheit (17).