DE3810453A1

DE3810453A1 - Mehrphasiger hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE3810453A1
Application number: DE3810453A
Authority: DE
Inventors: Ulf Dipl Ing Aakesson
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1988-03-26
Publication date: 1988-10-27
Also published as: US4814560A; SE8701485D0; SE8701485L; SE457582B; DE3810453C2

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrphasigen Hochspannungsschal ter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Wenn bestimmte elektrische Geräte, wie zum Beispiel Transfor matoren, Drosselspulen oder Parallelkapazitäten über einen Schalter an ein Hochspannungsnetz geschaltet werden, welcher den elektrischen Kreis zu einem beliebigen Phasenzeitpunkt der Spannung schließt, können Ausgleichströme mit großer Amplitude und steilem Anstieg auftreten. Diese Ströme können für das Ge rät gefährlich sein und können zu Störungen führen.

Um die vorgenannten Einschaltströme zu reduzieren, ist es be kannt, einen Schalter mit Einschaltwiderständen zu verwenden, wobei das einzuschaltende Gerät zunächst über diese Wider stände an das Netz geschaltet wird, die später durch die Hauptkontakte des Schalters kurzgeschlossen werden. Dies ist jedoch eine relativ teure Lösung, die einen komplizierten Be tätigungsmechanismus erfordert, der seinerseits die Betriebs sicherheit herabsetzt.

Es ist ferner bekannt, mit Hilfe einer elektronischen Steuer einrichtung ein sogenanntes synchrones Einschalten der oben genannten Geräten durchzuführen, wobei die Steuereinrichtung einen Einschaltimpuls an die Betätigungsvorrichtung des Schal ters in einem solchen Augenblick gibt, daß die Herstellung der Kontakte in den drei Phasen in dem Augenblick erfolgt, in dem die entsprechende Phasenspannung im Hinblick auf die Vermei dung von Einschalttransienten die günstigste Phasenlage hat. Das bedeutet, daß Transformatoren und Drosselspulen im Augen blick des Maximalwertes der betreffenden Phasenspannung einge schaltet werden, während Parallelkapazitäten beim Null-Durch gang der betreffenden Phasenspannung eingeschaltet werden. An ordnungen dieser Art werden beschrieben in "IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems", Vol. PAS-104, Nr. 9, Septem ber 1985 (R.W. Alexander: "Synchronous closing control for shunt capacitors"). In dieser Anordnung ist eine elektronische Auslösung in jeder einzelnen Phase vorgesehen. Dies erfordert eine separate Betätigungsvorrichtung für jeden Schalterpol, bei einer dreiphasige Anordnung also insgesamt drei Betäti gungsvorrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrphasigen Hochspannungsschalter der eingangs genannten Art zu entwic keln, der im Vergleich zu den bekannten Geräten weniger auf wendig ist und hinsichtlich der synchronen Schließung und Öff nung der einzelnen Kontakte sehr zuverlässig arbeitet.

Beim synchronen Schließen oder Öffnen eines Schalters gemäß der Erfindung kann ein elektrisches Steuergerät herkömmlicher Art verwendet werden, welches im Gegensatz zu dem in der oben genannten Veröffentlichung beschriebenen Steuergerät nur einen einzigen Auslöseimpuls an die Betätigungsvorrichtung zu geben braucht. Die notwendige Zeitverschiebung zwischen den Augen blicken der Kontaktherstellung oder Kontaktaufhebung in den verschiedenen Phasen wird gemäß der Erfindung auf mechanischem Wege erreicht durch eine geeignete Wahl von Armen und Verbin dungsgliedern in dem mechanischen System, welches die Kontakte mit den Betätigungsvorrichtungen verbindet. In 50-Hertz-Netzen mit direkt geerdetem beziehungsweise isoliertem Null-Punkt sind die folgenden Zeitdifferenzen zwischen den Schaltaugen blicken in den verschiedenen Phasen erforderlich:

Diese Unterschiede sind leicht einstellbar durch einen Mecha nismus mit einem Kniehebelgelenk, welches in einem größeren oder kleineren Ausmaße in den drei Phasen gestreckt ist.

Durch den gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Mechanismus wer den unter anderem folgende Vorteile erreicht:

- Gleiche Länge des Kontakthubes in den drei Phasen.
- Gleiche Länge der Kontaktberührungsstrecken in den drei Po len, wodurch eine korrekte Gaskompression beispielsweise bei einem SF₆-Löschgasschalter beim Kontaktöffnen erreicht wird.
- Gleiche Öffnungs- und Schließlagen der drei Kontakte, was identische Verhältnisse in den drei Polen und ihren Lösch kammern bedeutet.
- Verwendung einer einzigen gemeinsamen Betätigungsvorrich tung für das synchrone Schalten der drei Phasen in Bezug auf Strom und Spannung.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels der Er findung soll diese näher beschrieben werden.

Die Figur zeigt die Kontakte und die Verbindungsmechanismen für die drei Pole eines Hochspannungsschalters, wobei jeder Kontakt dazu bestimmt ist, mit einem entsprechenden Kontakt der Phasen R, S, T eines Hochspannungsnetzes verbunden zu wer den. Bei dem Schalter kann es sich beispielsweise um einen SF₆-Schalter der in der Druckschrift "ASEA Journal" 1983, Vol. 56, Nr.3, S. 16-21 beschriebenen Art handeln.

Zu jedem Schalterpol gehört ein fester Kontakt 1 und ein stab förmiger oder hohlzylindrischer, axial beweglicher Kontakt 2. Der bewegliche Kontakt 2 ist über einen stangenförmigen Betä tigungsisolator 3, ein Verbindungsglied 4 und einen Doppelarm winkelhebel 5 ("bell crank lever") an eine für alle Pole ge meinsame Betätigungsstange 6 angeschlossen. Ein Arm 7, der drehbar um einen ortsfesten Tragpunkt 8 gelagert ist, steuert die Lage des unteren Endes des Betätigungsisolators 3. Der Doppelarmwinkelhebel 5 ist drehbar in dem ortsfesten Tragpunkt 9 gelagert. Einer der beiden Winkelarme des Doppelarmwinkelhe bels, nämlich 51, ist gelenkig an das Verbindungsglied 4 ange schlossen, und der andere Arm 52 ist gelenkig mit der Betäti gungsstange 6 verbunden. Der Winkel zwischen den beiden Armen 51 und 52 ist mit Alfa bezeichnet.

Der Strompfad über den Schalter verläuft über den festen Kon takt 1, den beweglichen Kontakt 2 und einen Gleitkontakt 10. Zur Sicherung einer geradlinigen Bewegung des Kontaktes 2 ist ein Führungslager 11 vorhanden.

Die Betätigungsstange 6 ist mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden, durch die die Betätigungsstange 6 um eine bestimmte Strecke y verschoben werden kann. Eine Öffnung des Schalters findet statt bei einer Verschiebung der Betätigungsstange nach rechts im Sinne des Pfeils D, und ein Schließen des Schalters erfolgt bei Verschiebung der Betätigungsstange 6 nach links in die Richtung des Pfeils E. Der bewegliche Kontakt 2 bewegt sich dabei zwischen der Einschaltstellung, in welcher die Kon taktspitze auf der Linie C liegt, und der geöffneten Stellung, in welcher die Kontaktspitze auf der Linie A liegt. Die Stel lung der Kontaktspitze in dem Augenblick der Kontaktherstel lung oder der Kontaktaufhebung ist in der Figur durch die Li nie B angedeutet.

Für ein synchrones Einschalten des Schalters empfängt die Be tätigungsvorrichtung einen Einschaltimpuls von einem elektro nischen Steuergerät, welches von bekannter Art sein kann. Die Betätigungsstange 6 wird dann in die Einschaltstellung gezo gen. Bei Kenntnis der Einschaltzeit des Schalters kann der Einschaltimpuls so gewählt werden, daß ein synchrones Schließen der Kontakte in den Phasen R, S und T erreicht wird. Da die Betätigungssysteme der drei Phasen mechanisch durch die Betätigungsstange 6 gekoppelt sind, ist eine bestimmte Zeit differenz zwischen der Kontaktherstellung oder Kontaktaufhe bung in den einzelnen Phasen stets gesichert. Die Zeitdiffe renz kann beliebig gewählt werden durch geeignete Wahl der Längen 11, 12 und 13 des Verbindungsgliedes 4 und der Winkel Alfa1, Alfa2 und Alfa3 zwischen den beiden Armen 51 und 52 des Doppelarmwinkelhebels 5. Die Zeitdifferenz wird dadurch er reicht, daß der gelenkige Verbindungspunkt 12 zwischen dem Verbindungsglied 4 und dem Arm 5 mehr oder weniger dicht an die vollgestreckte Lage des Kniehebelgelenks heran bewegt wird (siehe Winkel Gamma). Durch geeignete Kombination der Länge des Verbindungsgliedes 4 und des Winkels Alfa des Doppelarm winkelhebels 5 kann die gleiche Länge S 1 des Kontakthubes und die gleiche Kontaktberührungsstrecke S 2 für alle drei Pole er reicht werden.

In der Figur sind die Kontakte und Verbindungsmechanismen für die drei Pole in der Lage gezeigt, in welcher ein Kontakt in der Phase R gerade zustande gekommen ist. Der bewegliche Kon takt der Phase T hat dann bereits die kontaktherstellende Stellung um die Strecke X ₂ überschritten, während der entspre chende Kontakt der Phase S noch die Strecke X ₁ bis zur Kon taktherstellung zurücklegen muß.

Der Doppelarmwinkelhebel 5 braucht nicht aus einem einzigen Teil zu bestehen, sondern kann zweckmäßigerweise aus zwei se paraten Armen 51, 52 aufgebaut sein, die beispielsweise durch Schiebekeile miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kön nen die Doppelarmhebel der drei Phasen aus identischen Armtei len aufgebaut werden, wobei der Winkel Alfa zwischen den Arm teilen leicht in Stufen von beispielsweise 10° verstellt wer den kann.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind verschiedene Varianten im Rahmen der Patentansprüche möglich. So kann beispielsweise bei dem ge zeigten Mechanismus die Kontaktbewegung auch beeinflußt werden durch

- Veränderung der Lage der Tragpunkte 8 und 9
- Veränderung der Länge der Führungsarme 7 und der Armteile 51 und 52
- Veränderung der Winkellage der Arme 5 und 7 (Winkel Beta).

Der Doppelarmwinkelhebel 5 braucht nicht notwendigerweise in der in der Figur gezeigten Weise ausgebildet zu sein. Er kann beispielsweise auch als kreissektorförmige Scheibe ausgebildet sein, an welche das Verbindungsglied 4 und die Betätigungs stange 6 an verschiedenen Stellen der Peripherie der Scheibe angeschlossen sind. Auch andere Arten von Mechanismen mit teilweise unsymmetrischer Bewegung können ein Verhalten ähn lich dem oben beschriebenen bewirken.

Claims

1. Mehrphasiger, vorzugsweise dreiphasiger, Hochspannungs schalter mit mindestens einer Unterbrechereinheit pro Pol, zu welcher Unterbrechereinheit ein stabförmiger oder hohlzylin drischer, axial beweglicher Kontakt (2) gehört, der über einen Verbindungsmechanismus an eine für alle Pole gemeinsame Betä tigungsvorrichtung angeschlossen ist, wobei dieser Verbin dungsmechanismus ein Verbindungsglied (4) enthält, dessen ei nes Ende über ein Kniehebelgelenk (12) an einen um eine Achse (9) drehbaren Betätigungsarm (5) angeschlossen ist, da durch gekennzeichnet, daß der Winkel (Gamma) des Kniehebelgelenks (12) zwischen dem Verbindungs glied (4) und dem genannten Arm (5) für einen Schalterpol in seiner Größe von dem entsprechenden Winkel in mindestens einem anderen Schalterpol in solchem Maße abweicht, daß ein synchro nes Einschalten oder Öffnen in Bezug auf den Strom oder die Spannung in den entsprechenden Polen erreicht wird.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verbindungsglied (4) für einen der Schalterpole eine Länge hat, die von der Länge in mindestens einem der anderen Pole abweicht.

3. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Arm (5) aus einem Doppelarmwinkelhebel (51, 52) besteht, wobei der Winkel (Alfa) zwischen den beiden Armen für einen der Schalterpole eine Größe hat, die von dem entsprechenden Winkel bei mindestens einem der anderen Pole abweicht.

4. Hochspannungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelarmwinkelhebel aus zwei separaten armen (51, 52) besteht, die, beispielsweise durch Schiebekeile, miteinander verbunden sind.

5. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Arme (51) mit dem Verbindungsglied (4) verbunden ist, während der andere Arm (52) an eine für alle Pole gemeinsame Betäti gungsstange (6) angeschlossen ist.

6. Hochspannungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das an dere Ende des genannten Verbindungshebels (4) gelenkig an einen stabförmigen Betätigungsisolator (3) angeschlossen ist, der mit dem bewegbaren Kontakt verbunden ist und gelenkig mit einem Führungsarm (7) verbunden ist, der um eine zweite Achse (8) drehbar ist.

7. Hochspannungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß für einen der Schalterpole der genannte Führungsarm (7) hinsicht lich seiner Länge von dem entsprechenden Führungsarm minde stens eines der anderen Pole abweicht.

8. Hochspannungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (9) des genannten Betätigungsarms (5) für einen der Schalterpole eine Position einnimmt, die von der Position der entsprechenden Achse in mindestens einem der anderen Pole an weicht.

9. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Beta) zwischen dem zweiten Arm (52) des Doppelarmwinkelhebels und der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes (2) für einen der Schalterpole eine Größe hat, die von dem entspre chenden Winkel bei mindestens einem der anderen Pole abweicht.

10. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ei ner der Arme (51, 52) des Doppelarmwinkelhebels eines Schalter poles hinsichtlich seiner Länge von dem entsprechenden Arm mindestens eines anderen Poles abweicht.