DE10217743A1 - Steuerung mindestens einer Vakuumschaltstrecke - Google Patents

Abstract

Es wird eine Steuerung mindestens einer Vakuumschaltstrecke eines Hochspannungsschaltgerätes vorgeschlagen, wobei parallel zur Vakuumschaltstrecke (1, 8, 9, 10, 17, 18, 19, 31, 32) mindestens ein ohmscher Steuerwiderstand (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34) angeordnet ist. Dieser mindestens eine ohmsche Steuerwiderstand schmiegt sich konzentrisch an die Vakuumschaltkammer (38, 39, 40) an und ist mechanisch und elektrisch mit dieser gekoppelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung mindestens einer Vakuumschaltstrecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Hochspannungsgeräten verwendet werden, wobei unter dem Begriff "Hochspannung" der Spannungsbereich über 1000 V verstanden wird.

Aus der DE 199 12 022 A1 ist ein Hochspannungsschaltgerät mit Serienschaltung von mindestens zwei Vakuumschaltkammern bekannt. Dabei wird ausgeführt, daß die Inte­ gration der Reihenanordnung zweier Vakuumschaltkammern als Herzstück eines Hochspannungsschaltgerätes speziell beim Einsatz innerhalb einer gasisolierten Schaltanlage eine kapazitive Steuerung erfordert. Hintergrund dieser Maßnahme ist die Linearisierung der Spannungsverteilung über den seriengeschalteten Vakuumschalt­ kammern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Steuerung mindestens einer Vakuumschaltstrecke anzugeben.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die für eine Vakuumschaltstrecke bzw. die für eine Serienschaltung mehrerer Vakuumschalt­ strecken wirksame Potentialsteuerung mit einfachen Mitteln und auf einfache Art und Weise realisiert wird. Mittels der vorgeschlagenen Potentialsteuerung erfolgt eine gleichmäßige Aufteilung der nach Abschaltung eines Kurzschlußstromes über der Hauptschaltstrecke liegenden Einschwingspannung. Die maximale Beanspruchung ei­ ner Vakuumschaltstrecke wird reduziert, was sich vorteilhaft auf die Auslegung der Va­ kuumschaltstrecke auswirkt.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vakuumschaltstrecke mit Steuerung,

Fig. 2 eine Vakuumschaltstrecke mit Steuerung und Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke,

Fig. 3, 4 verschiedene Ausführungsformen von Multi-Gap-Vakuumschaltern mit Steuerung und Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn- Schaltstrecke,

Fig. 5a, b, c verschiedene Varianten hinsichtlich der Anordnung von Hilfsschalt­ strecken und Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecken,

Fig. 6a, 6b, 6c Vakuumschaltkammern unterschiedlicher Ausführungsformen.

In Fig. 1 ist eine Vakuumschaltstrecke mit Steuerung schematisch dargestellt. Die Va­ kuumschaltstrecke 1 (Vakuumkammer, Hauptschaltstrecke) weist einen Schirm 2 (Schirmelektrode) auf. Ein erster, schematisch gezeigter ohmscher Steuerwiderstand 3 ist zwischen dem ersten Hauptanschluß der Vakuumschaltstrecke 1 und dem Schirm 2 angeordnet. Ein zweiter ohmscher Steuerwiderstand 4 liegt zwischen dem zweiten Hauptanschluß der Vakuumschaltstrecke 1 und dem Schirm 2.

In Fig. 2 ist eine Vakuumschaltstrecke mit Steuerung und Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke schematisch dargestellt. Die Ausführungsform mit Va­ kuumschaltstrecke 1, Schirm 2 und ohmschen Steuerwiderständen 3, 4 ist wie unter Fig. 1 beschrieben. Zusätzlich liegt eine Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn- Schaltstrecke 5 in Reihe zur Vakuumschaltstrecke 1. Eine Ansteuervorrichtung 6 dient zur zeitlich koordinierten Ansteuerung von Vakuumschaltstrecke 1 und Hilfsschaltstrec­ ke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 6.

In Fig. 3 ist ein Multi-Gap-Vakuumschalter mit Steuerung und Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke schematisch dargestellt. Der Multi-Gap-Vakuumschalter 7 weist drei in Reihe geschaltete Vakuumschaltstrecken 8, 9, 10 auf, wobei parallel zu jeder Vakuumschaltstrecke 8 bzw. 9 bzw. 10 ein ohmscher Steuerwiderstand 11 bzw. 12 bzw. 13 angeordnet ist. Eine Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 14 liegt in Reihe zu den drei Vakuumschaltstrecken. Eine Ansteuervorrichtung 15 dient zur zeitlich koordinierten Ansteuerung von Vakuumschaltstrecken 8, 9, 10 und Hilfs­ schaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 14.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Multi-Gap-Vakuumschalters mit Steue­ rung und Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke schematisch darge­ stellt. Bei dieser Ausführungsform des Multi-Gap-Vakuumschalters 16 sind drei in Rei­ he geschaltete Vakuumschaltstrecken 17 bzw. 18. bzw. 19 vorgesehen, welche jeweils Schirme 20 bzw. 21 bzw. 22 (Schirmelektroden) aufweisen. Zwischen jedem Hauptan­ schluß einer Vakuumschaltstrecke und einem Anschluß an einen Schirm ist jeweils ein Widerstand geschaltet, so daß sich eine Reihenschaltung von insgesamt sechs Wider­ ständen 23, 24, 25, 26, 27, 28 parallel zu den Anschlüssen des Multi-Gap- Vakuumschalters 16 ergibt. Eine Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 29 liegt in Reihe zu den drei Vakuumschaltstrecken. Eine Ansteuervorrichtung 30 dient zur koordinierten Ansteuerung von Vakuumschaltstrecken 17, 18, 19 und Hilfsschalt­ strecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 29.

Allgemein gilt für die Auslegung der Vakuumschaltstrecken, daß sie die Stromunterbre­ chung - insbesondere Kurzschlußstromunterbrechung - gewährleisten und der Ein­ schwingspannung standhalten müssen.

Wie aus der vorstehenden Figurenbeschreibung hervorgeht, wird bei der Vakuum­ schaltstrecke 1 bzw. bei den Multi-Gap-Vakuumschaltern 7, 16 die Potentialsteuerung über ohmsche Steuerwiderstände realisiert, wobei diese ohmschen Steuerwiderstände parallel zu den Vakuumschaltstrecken angeordnet sind und eine deutliche Reduzierung der aufgrund der unterschiedlichen Erdkapazitäten immer auftretenden Versteuerung bewirken. Somit kann näherungsweise erreicht werden, daß die nach der Unterbre­ chung eines Stromes (Kurzschlußstromes) über den Schaltstrecken anliegende Ein­ schwingspannung gleichmäßig über diese aufgeteilt werden kann, was zu einer Redu­ zierung der maximalen Beanspruchung einer Schaltstrecke führt.

Dabei muß die Größe der ohmschen Steuerwiderstände so bemessen sein, daß der durch sie fließende Strom (Parallelstrom zur Hauptstrecke) zumindest in der Größen­ ordnung des durch die jeweiligen Vakuumschaltstrecken fließenden kapazitiven Ver­ schiebestroms ist. Der kapazitive Verschiebestrom hängt dabei von den Größen der Kapazitäten und der zeitlichen Änderung der Einschwingspannung ab. Der Einfluß der ohmschen Steuerwiderstände ist um so größer, je kleiner sie dimensioniert sind, mit anderen Worten muß die ohmsche Steuerung niederohmig genug sein, um eine deut­ lich gleichmäßigere Aufteilung der Einschwingspannung über den Hauptschaltstrecken zu gewährleisten. Des weiteren können die ohmschen Steuerwiderstände auch an den Schirm der Vakuumkammer angekoppelt werden, um auch das Potential des Schirmes steuern zu können, wie aus den Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich ist.

Aufgrund des im eingeschwungenen Zustand bei geöffneten Vakuumschaltstrecken durch die parallel zu den Vakuumschaltstrecken angeordneten ohmschen Steuerwider­ stände fließenden Leckstromes muß in Reihe zu den Hauptschaltstrecken bzw. Steu­ erwiderständen eine Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke angeordnet sein, die diesen vorwiegend ohmschen Leckstrom unterbricht. Aufgrund der Größe der ohmschen Steuerwiderstände ist der zu unterbrechende Strom jedoch um Größenord­ nungen kleiner als ein eventuell auftretender Kurzschlußstrom, so daß die Hilfsschalt­ strecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke in Bezug auf den zu unterbrechenden Strom viel einfacher ausgestaltet sein kann. Die Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Last­ trenn-Schaltstrecke stellt jedoch nicht nur eine Trennstrecke für die ohmschen Steuerwiderstände dar, sondern übernimmt auch die Trennfunktion im Hinblick auf die Vakuumschaltstrecken. Daher muß die Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn- Schaltstrecke sowohl Betriebsströme als auch Kurzschlußströme führen können. Als Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke kann beispielsweise ein Trenn­ schalter oder ein Lasttrennschalter verwendet werden.

In dieser Ausführungsform kann die Anforderung an die Kaltspannungsfestigkeit (Be­ messungs-Kurzzeitwechselspannung und Bemessungs-Kurzzeitblitzstoßspannung) der Hauptschaltstrecken deutlich reduziert werden.

Die Ansteuervorrichtungen 6, 15, 30 realisieren eine zeitliche Steuerung derart, daß die Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke kurz nach der Kurzschlußstrom­ unterbrechung (Öffnung der Hauptschaltstrecken) öffnet, um eine thermische Überla­ stung der ohmschen Steuerwiderstände zu verhindern.

Die ohmschen Steuerwiderstände können als leitfähige Lackierung realisiert werden. Die Beschichtung kann dabei partiell oder komplett bedeckend ausgeführt werden. Die Schichtdicke der Lackierung kann entsprechend dem Anwendungsfall variiert werden.

Die ohmschen Steuerwiderstände können auch als Widerstandsgewebe realisiert wer­ den, wobei das Widerstandsgewebe zusätzlich mit einem Isolierstoff vergossen sein kann. Ein solches Widerstandsgewebe kann beispielsweise durch "Aufweben" eines Widerstandsdrahtes auf ein Isolierrohr erzeugt werden.

Die ohmschen Steuerwiderstände können Bestandteil eines Polteils sein, beispielswei­ se als innere R-Lackschicht (Widerstands-Lackschicht), des weiteren können sie Be­ standteil einer äußeren Schale (welche die mechanische Beanspruchungen beherrscht) oder Bestandteil eines Befestigungselements für die Vakuumkammer bzw. den Multi- Gap-Vakuumschalter sein, beispielsweise eine Kunststoff-Gewindestange.

Die vorstehend erwähnten Ansteuervorrichtungen 6, 15, 30 können sowohl mechanisch als auch elektronisch gesteuert ausgeführt werden.

In den Fig. 5a, b, c sind schematisch verschiedene Varianten hinsichtlich der Anord­ nung von Hilfsschaltstrecken und Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecken dargestellt. In allen drei Schaltungen sind zwei in Serie geschaltete Vakuumschaltstrecken 31 bzw. 32 vor­ handen, wobei jeder Vakuumschaltstrecke ein ohmscher Steuerwiderstand 33 bzw. 34 parallel geschaltet ist. Bei den Varianten gemäß den Fig. 5a und Fig. 5b liegt der Seri­ enschaltung der Vakuumschaltstrecken 31, 32 eine Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 35 in Reihe. Bei der Variante gemäß Fig. 5b ist zusätzlich hierzu jedem ohmschen Steu­ erwiderstand 33 bzw. 34 eine separate Hilfsschaltstrecke 36 bzw. 37 in Reihe geschal­ tet. Die Variante gemäß Fig. 5c entspricht der Variante gemäß Fig. 5b mit dem Unter­ schied, daß die Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke 35 entfällt. Selbstverständlich dient wiederum eine Ansteuervorrichtung zur zeitlich koordinierten Ansteuerung der Schaft­ geräte.

In Fig. 6a, 6b, 6c sind Vakuumschaltkammern 38, 39, 40 unterschiedlicher Ausfüh­ rungsformen dargestellt. Die gezeigten Vakuumschaltkammern bestehen jeweils aus Keramikhohlzylinder 41, stirnseitigen metallischen Abschlüssen 42, 43, Schaltkontakten 44, 45 zur Realisierung von Vakuumschaltstrecken und Schirmelektrode 46. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6a ist ein Einbettungsmedium 47 bzw. Verguß, beispiels­ weise aus Silikon, direkt auf die Vakuumschaltkammer 38 aufgebracht und umschließt den Keramikhohlzylinder 41 und abschnittsweise (randseitig) die beiden metallischen Abschlüsse 42, 43. Ein ohmscher Belag 48 (ohmscher Steuerwiderstand) ist im Ein­ bettungsmedium 47 integriert und schmiegt sich derart konzentrisch an die Vakuum­ schaltkammer an. Dieser ohmsche Belag 48 ist mit beiden metallischen Abschlüssen 42, 43 elektrisch verbunden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6b ist ein ohmscher Belag 49 (ohmscher Steuer­ widerstand) direkt auf den Keramikhohlzylinder 41 der Vakuumschaltkammer 39 aufge­ dampft und schmiegt sich derart konzentrisch an die Vakuumschaltkammer an. Zusätz­ lich kann der ohmsche Belag 49 mit einer Schutzlackierung versehen sein. Für die elektrische Verbindung zwischen ohmschem Belag 49 und den metallischen Abschlüs­ sen 42, 43 kann dieser ohmsche Belag 49 auch randseitig auf die metallischen Ab­ schlüsse aufgedampft sein. Alternativ kann die elektrische Verbindung zwischen ohm­ schem Belag 49 und metallischen Abschlüssen 42, 43 über separate elektrische Ver­ bindungen erfolgen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6c ist ein Isolierrohr 50 mit aufgebrachtem (vor­ zugsweise aufgedampftem) ohmschen Belag 51 (ohmscher Steuerwiderstand) konzen­ trisch um die Vakuumschaltkammer 40 angeordnet und mit dieser elektrisch und me­ chanisch verbunden, wozu beispielsweise an beiden Stirnseiten Kreisringe 52 aus elektrisch leitfähigem Material verwendet werden, welche über die Randbereiche der metallischen Abschlüsse 42, 43 und die Stirnseiten des Isolierrohres 50 greifen. Zu­ sätzlich kann der ohmsche Belag 51 mit einer Schutzlackierung versehen sein.

Claims (15)

1. Steuerung mindestens einer Vakuumschaltstrecke einer Vakuumschalt­ kammer (38, 39, 40), wobei parallel zur Vakuumschaltstrecke (1, 8, 9, 10, 17, 18, 19, 31, 32, 44, 45) mindestens ein ohmscher Steuerwiderstand (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34, 48, 49, 51) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der mindestens eine ohmsche Steuerwiderstand konzentrisch an die Vakuumschaltkammer (38, 39, 40) anschmiegt und mechanisch und elektrisch mit dieser gekoppelt ist.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfs­ schaltstrecke oder Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke (5, 14, 29, 35) in Reihe zur Vakuum­ schaltstrecke (1, 8, 9, 10, 17, 18, 19, 31, 32, 44, 45) geschaltet ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne Hilfsschaltstrecke (36, 37) in Reihe zum ohmschen Steuerwiderstand (33, 34, 48, 49, 51) geschaltet ist.

4. Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schirm (2, 20, 21, 22, 46) einer Vakuumkammer in die ohmsche Steuerung eingebunden ist.

5. Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen Multi-Gap-Vakuumschalter (7, 16) mit Serienschaltung von mindestens zwei Vakuumschaltstrecken (8, 9, 10, 17, 18, 19, 31, 32, 44, 45) und ohmscher Steue­ rung.

6. Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ansteuervorrichtung (6, 15, 30) zur zeitlich koordinierten Ansteuerung von Vakuumschaltstrecke (1, 8, 9, 10, 17, 18, 19, 31, 32, 44, 45) und Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke (5, 14, 29, 35, 36, 37).

7. Steuerung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mechanische Ansteuervorrichtung (6, 15, 30).

8. Steuerung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine elektronisch ge­ steuerte Ansteuervorrichtung (6, 15, 30).

9. Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Hilfsschaltstrecke bzw. Trenn-/Lasttrenn-Schaltstrecke (5, 14, 29, 35, 36, 37) als Trennschalter oder Lasttrennschalter.

10. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Steuerwiderstände (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34, 48, 49, 51) als leitfähige Lackierung - partiell oder komplett bedeckend und mit ge­ wünschter Schichtdicke - realisiert sind.

11. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Steuerwiderstände (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34, 48) als Widerstandsgewebe realisiert sind.

12. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wider­ standsgewebe zusätzlich mit einem Isolierstoff (47) vergossen ist.

13. Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ohmschen Steuerwiderstände (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34, 48, 49, 51) Bestandteil eines Polteils sind.

14. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Steuerwiderstände (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34, 48, 49, 51) Bestandteil einer äußeren Schale, insbesondere eines Isolierrohres (50) sind.

15. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Steuerwiderstände (3, 4, 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 33, 34, 48, 49, 51) Bestandteil eines Befestigungselements sind.