DE3812734A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A DRIVE DEVICE OF A MEDIUM OR HIGH VOLTAGE SWITCHING DEVICE - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A DRIVE DEVICE OF A MEDIUM OR HIGH VOLTAGE SWITCHING DEVICE

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DE3812734A1
DE3812734A1 DE19883812734 DE3812734A DE3812734A1 DE 3812734 A1 DE3812734 A1 DE 3812734A1 DE 19883812734 DE19883812734 DE 19883812734 DE 3812734 A DE3812734 A DE 3812734A DE 3812734 A1 DE3812734 A1 DE 3812734A1
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Eberhard Schott
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steue­ rung einer Antriebseinrichtung eines Mittel- oder Hoch­ spannungsschaltgerätes gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for taxation tion of a drive device of a medium or high voltage switching device according to the preamble of the An saying 1. In addition, the invention relates to a Facility for carrying out the procedure.

Beim Einschalten von Mittel- und Hochspannungsschaltge­ räten entsteht bei einem von der Schalterkonstruktion und der Spannungshöhe abhängigen Kontaktabstand, der soge­ nannten Vorzünddistanz, ein Lichtbogen, da bei diesem Kontaktabstand die Isolierfähigkeit des Löschmittels nicht mehr ausreicht. Dies führt über der Schaltstrecke zu einem Spannungszusammenbruch mit hohem du/dt, wodurch Wanderwellen im Netz entstehen, die andere Netzkomponen­ ten beanspruchen. Beim Ausschalten, insbesondere beim Ausschalten eines Kurzschlußstromes, werden die Schalt­ kontakte erheblich belastet, da das Löschen des beim Ausschalten entstehenden Lichtbogens eine gewisse Zeit dauert, die sich aus der Mindest-Löschzeit und der ver­ bleibenden Zeit bis zum nächsten Nulldurchgang des Wech­ selstromes zusammensetzt. Die Schaltgeräte müssen den daraus resultierenden Belastungen gerecht werden und entsprechend aufwendig ausgeführt sein.When switching on medium and high-voltage switching devices, an arc arises with a contact distance dependent on the switch design and the voltage level, the so-called pre-ignition distance, since the insulating ability of the extinguishing agent is no longer sufficient at this contact distance. This leads to a voltage breakdown with a high d u / d t across the switching path, which creates traveling waves in the network that stress other network components. When switching off, especially when switching off a short-circuit current, the switching contacts are considerably loaded, since the extinguishing of the arc occurring when switching off takes a certain time, which is composed of the minimum extinguishing time and the time remaining until the next zero crossing of the alternating current. The switchgear must be able to withstand the resulting loads and must be designed accordingly.

Ein weiteres Problem besteht bei bekannten Schaltgeräten darin, daß Störungen an der Schalterantriebseinrichtung sowie sonstige fehlende Voraussetzungen für einen stö­ rungsfreien Schaltbetrieb weitgehend unerkannt bleiben und somit das Schaltgerät im entscheidenden Augenblick versagen kann. Um dem vorzubeugen, müssen häufig War­ tungsarbeiten durchgeführt werden, auch wenn kein kon­ kreter Anlaß dazu besteht. Die weitaus häufigsten Schalthandlungen im Netz sind erforderlich, um Schalter "freizuschalten" für Reparaturarbeiten.Another problem exists with known switching devices in that malfunctions in the switch drive device as well as other missing requirements for a disruption switch operation remain largely undetected and thus the switching device at the crucial moment can fail. In order to prevent this, war is often necessary work is carried out, even if no con There is a specific reason for this. The most common Switching operations in the network are required to switch "unlock" for repair work.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Antriebseinrichtung eines Mittel- oder Hochspannungsschaltgerätes anzugeben, das zu einer Verringerung der Schalterbelastung führt. Au­ ßerdem soll eine Einrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens angegeben werden. Schließlich soll das Verfahren und die Einrichtung eine bessere Überwachung des Schalt­ gerätes bzw. seines Zustandes ermöglichen.The invention is therefore based on the object Method for controlling the drive device of a To indicate medium or high voltage switching device that leads to a reduction in the switch load. Au In addition, a facility to carry out the Ver driving can be specified. Finally, the process is supposed to and the establishment of better monitoring of the switching enable device or its condition.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkma­ le gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine Ein­ richtung zur Durchführung des Verfahrens sind in weite­ ren Ansprüchen angegeben.This task is carried out in a procedure according to the Oberbe handle of claim 1 by its characteristic feature le solved. Advantageous configurations and an Direction to carry out the procedure are wide ren claims specified.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß sich durch weitergehende Informationserfassung und -verarbei­ tung bei Schaltgeräten eine Verbesserung der Verfügbar­ keit, eine Verlängerung der Lebensdauer und schließlich eine Einsparung an Material erzielen lassen sollten. Diese Ziele lassen sich erreichen, durch Erfassen des zeitlichen Verlaufs von Strom und Spannung und Berech­ nung von optimalen Zeitpunkten zum Einschalten oder Aus­ schalten des Schaltgerätes um die Lichtbogenzeit zu mi­ nimieren. Außerdem lassen sich durch Erfassung von cha­ rakteristischen Größen der Schalteinrichtung, beispiels­ weise zur Beurteilung des Zustandes eines Löschmediums, und durch Überwachung der Schalterbewegung fehlerhafte Zustände frühzeitig erkennen und melden.The invention is based on the consideration that through further information acquisition and processing an improvement in the availability of switchgear speed, an extension of the lifespan and finally  should save material. These goals can be achieved by grasping the temporal course of current and voltage and calc Optimal times for switching on or off switching the switching device to mi the arc time nim. In addition, by recording cha characteristic sizes of the switching device, for example wise for assessing the condition of an extinguishing medium, and faulty by monitoring switch movement Detect and report conditions early.

Bei bekannten Schalterantriebssteuerungen wird ein Ein­ schaltbefehl unverzögert und damit ohne Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Spannung an den Schaltkon­ takten zur Antriebseinrichtung durchgeschaltet. Wenn nicht zufällig die zu schaltende Wechselspannung im ent­ sprechenden Augenblick, d. h. wenn die Kontakte die soge­ nannte Vorzünddistanz erreicht haben, einen Nulldurch­ gang aufweist, entsteht ein Lichtbogen. Dabei entsteht eine Schaltüberspannung im Netz, die man mit Hilfe von Einschaltwiderständen begrenzt. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, den Spannungsverlauf an den noch offenen Kontakten meßtechnisch zu erfassen, den optimalen Zeit­ punkt zum Einschalten zu berechnen und entsprechend ver­ zögert die Durchschaltung eines anstehenden Einschaltbe­ fehls auf den Schalterantrieb vorzunehmen.In known switch drive controls, an on switching command without delay and therefore without consideration the time course of the voltage at the Schaltkon clocked through to the drive device. If not by chance the alternating voltage to be switched in the ent speaking moment, d. H. if the contacts the so-called have reached a pre-ignition distance arc, an arc arises. This creates a switching overvoltage in the network, which can be ON resistances limited. With the invention proposed the voltage curve on the still open Contacts to measure the optimal time to calculate the point for switching on and ver delays switching through an upcoming switch-on failed to make the switch drive.

Ein Ausschaltbefehl wird bei bekannten Verfahren eben­ falls unverzögert auf den Schalterantrieb gegeben. Dies ist unkritisch, wenn lediglich ein Betriebsstrom abzu­ schalten ist. Wenn jedoch ein Kurzschlußstrom abzuschal­ ten ist, der mehr als eine Größenordnung höher als der Betriebsstrom sein kann, so kann die Belastung infolge einer langen Lichtbogenzeit sehr hoch sein. Zwar läßt sich die vom Schaltertyp abhängige minimale Lichtbogen­ zeit nicht vermeiden, jedoch wird die Gesamtzeit des Lichtbogens wesentlich verlängert, wenn die Schaltkon­ takte zu früh geöffnet werden, d. h. vor Abklingen des im Kurzschlußstrom enthaltenen Gleichstromanteile auf einen Wert, den das Schaltgerät abschalten kann. Mit der Er­ findung wird vorgeschlagen, den Stromverlauf bei ge­ schlossenen Kontakten meßtechnisch zu erfassen und einen Schaltbefehl in solcher Weise verzögert wirksam werden zu lassen, daß sich als Gesamtlöschzeit etwa die minima­ le Lichtbogenzeit ergibt. Das Schaltgerät muß somit nur für diesen definierten Fall und nicht für mögliche Ex­ tremfälle konzipiert werden.A switch-off command is just in known methods if given immediately to the switch drive. This is not critical if only one operating current is to be drawn off switch is. If, however, a short-circuit current has to be is more than an order of magnitude higher than that Operating current can be, so the load as a result long arc time. Although leaves the minimum arc depending on the switch type time, but the total time of the  Arc significantly extended when the Schaltkon open clocks too early, d. H. before the im Short-circuit current contained DC components on a Value that the switching device can switch off. With the he It is proposed that the current flow at ge closed contacts to measure and a Switching command is effective with a delay in such a way to let the total extinguishing time be about the minima le arcing time results. The switching device must therefore only for this defined case and not for possible ex extreme cases can be designed.

Die für die Ermittlung der verfahrensgemäßen Verzöge­ rungszeiten beim Einschalten und Ausschalten vorgesehe­ nen Einrichtungen zur Erfassung und Verarbeitung von Daten lassen sich vorteilhaft zur Eigenüberwachung des Schaltgerätes und seiner Antriebseinrichtung nutzen.The for determining the procedural delays times when switching on and off facilities for recording and processing Data can be used advantageously for self-monitoring of the Use switchgear and its drive device.

Eine genauere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnung und eines darin dargestellten Ausführungs­ beispiels für eine Einrichtung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens. Es zeigtA more detailed description of the invention follows the drawing and an execution shown therein example of a facility for carrying out the he inventive method. It shows

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Spannung an den geöffneten Kontakten eines Schaltgerätes sowie den zeitlichen Verlauf der optimal gesteuerten Schaltkontaktbewegung beim Einschalten, Fig. 1 shows the time profile of the voltage across the open contacts of a switching device as well as the time course of optimally controlled switching contact movement on power,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf eines Kurzschlußstromes und die Festlegung eines optimalen Zeitpunktes für die Abschaltung dieses Stromes, Fig. 2 shows the time course of a short-circuit current and the determination of an optimum time for switching off this current,

Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Fig. 3 shows an arrangement for performing the method.

Anhand der Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Vorgehen beim Einschalten erläutert. Dort ist der Verlauf einer Wechselspannung u über die Zeit t aufgetragen, die an den geöffneten Kontakten des Schaltgerätes gemessen wird. Außerdem ist die Kontaktbewegung dargestellt durch Angabe einer Kontaktstellung S in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Kontaktstellung S wechselt beim Einschalten von einer Offen-Stellung O in eine Geschlossen-Stellung G, wobei während des Übergangs eine der Vorzünddistanz Z entsprechende Stellung erreicht wird.With reference to FIG. 1 approach the invention is explained on power. The course of an AC voltage u is plotted over time t , which is measured at the open contacts of the switching device. In addition, the contact movement is shown by specifying a contact position S as a function of time t . When switched on, the contact position S changes from an open position O to a closed position G , a position corresponding to the pre-ignition distance Z being reached during the transition.

In Fig. 1 ist beispielsweise ein Zeitpunkt t E eingetragen, zu dem ein Einschaltbefehl E auftritt. In einer An­ triebssteuereinrichtung wird eine Einschaltverzögerungs­ dauer EV ermittelt, um die der Einschaltbefehl E ver­ zögert wird und zu einem Zeitpunkt t EV an die Schalter­ antriebseinrichtung weitergeleitet wird. Zur Ermittlung der Einschaltverzögerungsdauer EV wird der zeitliche Verlauf der Spannung u erfaßt und es werden die Zeit­ punkte t o der nächsten Nulldurchgänge berechnet. In der Steuereinrichtung ist eine Kontaktbewegung OZ ge­ speichert, die erforderlich ist für eine Bewegung der Kontakte aus der Offen-Stellung O in die der Vorzünddi­ stanz entsprechende Stellung. Außerdem ist eine Bewe­ gungsverzugszeit B gespeichert, die vergeht ehe bei an der Antriebseinrichtung anstehendem Einschaltbefehl die Kontaktebewegung beginnt. Unter Berücksichtigung der gespeicherten Bewegungsverzugszeit B und der Kontaktbe­ wegungsdauer OZ wird der nächste mögliche Zeitpunkt t o ausgewählt und die Einschaltverzögerungsdauer EV so festgelegt, daß zum gewählten Zeitpunkt t o des Span­ nungsnulldurchgangs gerade die Vorzünddistanz Z der Kon­ takte erreicht wird.A time t E is entered in FIG. 1, for example, at which a switch-on command E occurs. In a driving control device to a permanent ON Delay EV is determined by which the switch-ver delay E is and at a time t EV to the switches is passed on drive means. To determine the switch-on delay EV , the time profile of the voltage u is detected and the points in time t o of the next zero crossings are calculated. In the control device, a contact movement OZ is stored, which is necessary for a movement of the contacts from the open position O to the position corresponding to the pre-ignition position. In addition, a movement delay time B is stored, which elapses before the contact movement begins when the switch-on command is present at the drive device. Taking into account the stored movement delay time B and the contact movement duration OZ , the next possible time t o is selected and the switch-on delay time EV is determined such that the pre-ignition distance Z of the contacts is reached at the selected time t o of the voltage zero crossing.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein optimaler Zeitpunkt zum Abschalten eines Kurzschlußstromes gefunden wird. In Fig. 2 ist ein Strom i über die Zeit t aufgetragen, wobei es sich um den zeitlichen Verlauf eines Kurzschlußstromes handelt, der in typischer Weise einen abklingenden Gleichstromanteil DC enthält. Der zeitliche Verlauf des Stroms i wird zu­ nächst meßtechnisch erfaßt und es wird im dargestellten Beispiel angenommen, daß zu einem Zeitpunkt t A ein Aus­ schaltbefehl A von einer übergeordneten Schutz- und Steuereinrichtung, z. B einer Abzweigsteuerung oder übergeordneten Leiteinrichtung, an die Antriebssteuer­ einrichtung gegeben wird. Daraufhin wird anhand des gemessenen Verlaufs des Stroms i und mit Hilfe eines gespeicherten Netzmodells ein voraussichtlicher weiterer Verlauf des Stroms i′ berechnet und sowohl ein Zeitpunkt t dc zu dem der Gleichstromanteil DC auf einen Wert abge­ klungen sein wird, der von dem Schaltgerät abgeschaltet werden kann, als auch ein voraussichtlicher Zeitpunkt t io zu dem der Strom i′ nach dem Zeitpunkt t dc und un­ ter Berücksichtung einer minimalen Lichtbogenzeit TL erstmals durch Null gehen wird. Ausgehend von dem ermit­ telten Zeitpunkt t io zu dem die Abschaltung erfolgt sein soll, wird rückwärts ein Zeitpunkt t AV errechnet, bis zu dem während einer Ausschaltverzögerungsdauer AV die Durchschaltung des anstehenden Ausschaltbefehls A auf die Antriebssteuereinrichtung verzögert wird. Dabei wird die minimale Lichtbogenzeit TL berücksichtigt und eine Schaltereigenzeit BA, die beide vom Schaltertyp abhängen und deren Werte in der Steuereinrichtung gespeichert sind. Wenn der Gleichstromanteil DC sehr klein ist und ein schnell arbeitendes Rechenverfahren zur Feststellung der Unterschreitung des vorgegebenen Grenzwertes dc be­ nutzt wird, kann der errechnete Zeitpunkt t AV vor dem Zeitpunkt t A liegen. In diesem Fall muß bei der Wahl des Zeitpunkts t io zusätzlich die Schaltereigenzeit BA be­ rücksichtigt werden. FIG. 2 shows how an optimal time for switching off a short-circuit current is found using the method according to the invention. A current i is plotted over time t in FIG. 2, which is the time profile of a short-circuit current, which typically contains a decaying DC component DC . The time curve of the current i is detected by measurement to the next and it is assumed in the illustrated example, that at a time t A from a switching command A from a superordinate protection and control device, for. B a branch control or higher-level control device, is given to the drive control device. Then, based on the measured profile of the current i and with the aid of a stored network model, an expected further profile of the current i 'is calculated and both a point in time t dc at which the DC component DC will have decayed to a value which can be switched off by the switching device , as well as an expected time t io at which the current i ′ will go through zero for the first time after the time t dc and taking into account a minimum arc time TL . Starting from the determined time t io at which the switch-off is to take place, a time t AV is calculated backwards until the switch-off of the pending switch-off command A to the drive control device is delayed during a switch-off delay period AV . The minimum arc time TL and a switch intrinsic time BA are taken into account, both of which depend on the switch type and whose values are stored in the control device. If the DC component DC is very small and a fast-working calculation method is used to determine whether the predetermined limit dc is undershot, the calculated time t AV can lie before the time t A. In this case, the switch proper time BA must also be taken into account when selecting the time t io .

Der so ermittelte Zeitpunkt t AV ist der optimale Zeit­ punkt zur Einleitung des Abschaltvorganges, da damit der frühest mögliche Zeitpunkt für eine Abschaltung mit mi­ nimaler Lichtbogenzeit gefunden ist. Eine frühere Ab­ schaltung führt zu einer längeren Lichtbogendauer und damit zu verstärktem Abbrand.The time t AV determined in this way is the optimum time for initiating the shutdown process, since the earliest possible time for a shutdown with a minimum arc time has been found. An earlier shutdown leads to a longer arc duration and thus to increased burn-up.

Es versteht sich, daß die mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren angestrebte schonende Betriebsweise des Schaltge­ rätes nur gewährleistet ist, wenn der zeitliche Verlauf des Stromes und der Spannung korrekt erfaßt werden. Des­ halb wird vorgeschlagen, eine Eigendiagnose der erfor­ derlichen Meßeinrichtung vorzusehen und bei festgestell­ ten Mängeln eine Schalthandlung zu sperren.It goes without saying that the Ver drive desired gentle operation of the Schaltge advice is only guaranteed if the course over time of the current and the voltage are correctly recorded. Des half is suggested to self-diagnose the requ to provide such measuring device and when determined to block a switching operation.

In Fig. 3 ist das Konzept einer Einrichtung zur Durch­ führung des beschriebenen Steuerungsverfahrens darge­ stellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Schaltgerät 1 mit einer Unterbrechereinheit 2 vorgese­ hen, die mit Hilfe einer Isoliereinrichtung 3 gegen eine auf Erdpotential befindlichen Antriebseinrichtung 4 iso­ liert ist. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei einer Anordnung der Antriebseinrichtung auf Hochspannungspo­ tential realisieren.In Fig. 3, the concept of a device for implementing the control method described is Darge. In the illustrated embodiment, a switching device 1 vorgese with an interrupter unit 2 hen that is iso profiled by means of a isolating device 3 located against a ground potential driving means. 4 However, the invention can also be realized with an arrangement of the drive device on high voltage potential.

Die Antriebseinrichtung 4 ist über ein elektrisch iso­ lierendes Schaltgestänge 5 mit der Unterbrechereinheit 2 verbunden. Die Antriebseinrichtung 4 enthält in üblicher Weise eine Auslöseeinheit 6 für den Ein- und Ausschalt­ vorgang, eine Energie-Nachladeeinheit 7, eine Schalter­ stellungserfassung 8, eine Vorort-Steuerung 9 und eine Notbetriebseinrichtung 10.The drive device 4 is connected via an electrically isolating shift linkage 5 to the interrupter unit 2 . The drive device 4 contains in the usual way a trigger unit 6 for the switching on and off process, an energy recharging unit 7 , a switch position detection 8 , an on-site control 9 and an emergency operating device 10 .

Die Antriebseinrichtung 4 ist mit einer elektronischen Steuereinrichtung 11 verbunden, die zweckmäßig als spei­ cherprogrammierte Steuerung (SPS) ausgeführt ist. Die Steuereinrichtung 11 ist ihrerseits mit einer übergeord­ neten Schutz- und Steuereinrichtung 12 verbunden. Außer­ dem ist die Steuereinrichtung 11 mit Spannungssensoren 13, einem Stromsensor 14, Stellungsmeldern 15, einem Drucksensor 16 zur Erfassung des Druckes eines gasförmi­ gen Löschmittels, und einem Temperatursensor 17 zur Er­ fassung der Umgebungstemperatur über Lichtwellenleiter 18 verbunden. Die Verbindungen zwischen Steuereinrich­ tung 11 und Antriebseinrichtung 4 sowie zwischen Schutz- und Steuereinrichtung 12 und Steuereinrichtung 11 sind zweckmäßig als BUS-Systeme 19 ausgeführt. Für die BUS- Systeme 19 sind Koaxialleitungen oder Lichtwellenleiter geeignet. Anstelle eines BUS-Systems können auch mehra­ drige Verbindungsleitungen vorgesehen werden.The drive device 4 is connected to an electronic control device 11 , which is expediently designed as a memory-programmed control (PLC). The control device 11 is in turn connected to a superordinate protection and control device 12 . In addition, the control device 11 is connected to voltage sensors 13 , a current sensor 14 , position indicators 15 , a pressure sensor 16 for detecting the pressure of a gaseous extinguishing agent, and a temperature sensor 17 for detecting the ambient temperature via optical waveguides 18 . The connections between Steuereinrich device 11 and drive device 4 and between protection and control device 12 and control device 11 are expediently designed as BUS systems 19 . Coaxial lines or optical fibers are suitable for the BUS systems 19 . Instead of a BUS system, multiple connecting lines can also be provided.

Mit Hilfe der Steuereinrichtung 11 kann die Funktions­ tüchtigkeit der Sensoren 13 . . . 17 ständig überwacht wer­ den. Im Störungsfall kann eine Meldung an die übergeord­ nete Schutz- und Steuereinrichtung 12 erfolgen.With the help of the control device 11 , the functionality of the sensors 13th . . 17 constantly monitored. In the event of a fault, a message can be sent to the higher-level protection and control device 12 .

Mit Hilfe des Stromsensors 14, des Drucksensors 16 und des Temperatursensors 17 kann von der Steuereinrichtung 11 auf vorteilhafte Weise der absolute Wert der Gasdich­ te des Löschmediums ermittelt werden. Der absolute Wert der Gasdichte des Löschmediums ist eine wichtige Größe, die die Funktion der Unterbrechereinheit 2, insbesondere beim Ausschalten von Kurzschlußströmen sicherstellt. Dazu wird vor der Inbetriebnahme des Schaltgerätes 1 der mathematische Zusammenhang zwischen Betriebsstrom und Umgebungstemperatur einerseits und der Temperatur des Löschmediums andererseits festgestellt und das Ergebnis in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung 11 abge­ legt. Außerdem ist dort ein Mollier-Diagramm abgelegt. Mit Hilfe des Mollier-Diagramms kann aus dem gemessenen Druck des Löschmediums und der Löschmitteltemperatur der jeweilige absolute Wert der Gasdichte ermittelt werden. Dabei wird die Löschmitteltemperatur jeweils errechnet mit Hilfe des gespeicherten mathematischen Zusammenhangs zwischen Löschmitteltemperatur und gemessenen Werten für den Betriebsstrom und die Umgebungstemperatur. With the aid of the current sensor 14 , the pressure sensor 16 and the temperature sensor 17 , the control device 11 can advantageously determine the absolute value of the gas density of the extinguishing medium. The absolute value of the gas density of the extinguishing medium is an important variable which ensures the function of the interrupter unit 2 , in particular when short-circuit currents are switched off. For this purpose, the mathematical relationship between the operating current and ambient temperature, on the one hand, and the temperature of the extinguishing medium, on the other hand, is determined before the switching device 1 is put into operation, and the result is stored in a data memory in the control device 11 . A Mollier diagram is also stored there. With the help of the Mollier diagram, the respective absolute value of the gas density can be determined from the measured pressure of the extinguishing medium and the extinguishing agent temperature. The extinguishing agent temperature is calculated using the stored mathematical relationship between the extinguishing agent temperature and the measured values for the operating current and the ambient temperature.

Weiterhin kann auf vorteilhafte Weise mit Hilfe der Stellungsmelder 15 die Schalterstellung überprüft wer­ den, die aufgrund der Vorgabe an die Antriebseinrichtung 4 erreicht sein soll. Dazu sind die Stellungsmelder mög­ lichst nahe an der Unterbrechereinheit 2 und damit an deren Schaltkontakten 20 angeordnet. In der dargestell­ ten Ausführung sind die Stellungsmelder 15 an Kupplungs­ stellen 21 des Schaltgestänges 5 angeordnet, wodurch auch ein Bruch des Schaltgestänges 5 erfaßt wird. Die Stellungsmelder 15 können beispielsweise als Reflexions­ lichtschranken oder als induktive bzw. kapazitive Nähe­ rungsschalter ausgeführt sein.Furthermore, the switch position can be checked in an advantageous manner with the aid of the position indicator 15 , which should be reached based on the specification of the drive device 4 . For this purpose, the position indicators are arranged as close as possible to the interrupter unit 2 and thus to the switch contacts 20 . In the Ausführungs th embodiment, the position indicators 15 are placed on the clutch 21 of the shift linkage 5 , whereby a breakage of the shift linkage 5 is detected. The position indicator 15 can for example be designed as reflection light barriers or as an inductive or capacitive proximity switch.

Während einer Ein- und Aus-Schaltung kann mit Hilfe der Stellungsmelder 15 die Reaktionszeit des Schaltgerätes 1 und die mittlere Geschwindigkeit der Schaltkontakte 20 der Unterbrechereinheit 2 rechnerisch ermittelt werden. Ein Vergleich mit vorgegebenen Sollwerten innerhalb ei­ nes Toleranzbandes erlaubt eine frühzeitiges Erkennen von Unregelmäßigkeiten am Schaltgerät 1 und der Antriebsein­ richtung 4. Die Steuereinrichtung 11 meldet die erkannte Unregelmäßigkeit über den bidirektionalen BUS 19 der übergeordneten Schutz- und Steuereinrichtung 12. Diese Selbstdiagnose des Schaltgerätes führt zu einer wesent­ lich höheren Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Schaltgerätes als es heute üblich ist. Wartungsinterval­ le müssen nicht mehr nach einer bestimmten Anzahl von Schalthandlungen durchgeführt werden, sondern sind nur dann erforderlich, wenn aufgrund der Selbstdiagnose des Schaltgerätes ein Wartungsbedarf erkannt wird. Dies ist ein entscheidender wirtschaftlicher Vorteil für den Be­ trieb des Schaltgerätes.During an on and off switching, the response time of the switching device 1 and the average speed of the switching contacts 20 of the interrupter unit 2 can be calculated by means of the position indicators 15 . A comparison with predetermined target values within a tolerance band allows early detection of irregularities on the switching device 1 and the drive device 4 . The control device 11 reports the detected irregularity via the bidirectional BUS 19 to the higher-level protection and control device 12 . This self-diagnosis of the switching device leads to a significantly higher reliability and availability of the switching device than is common today. Maintenance intervals no longer have to be carried out after a certain number of switching operations, but are only required if a maintenance requirement is recognized based on the self-diagnosis of the switching device. This is a decisive economic advantage for the operation of the switchgear.

Die Ausführung der Energie-Nachladeeinheit 7 hängt vom Typ und der Konstruktion des Antriebssystems ab, d. h. in welcher Art die Energiespeicherung durchgeführt wird. The design of the energy recharging unit 7 depends on the type and construction of the drive system, ie in what manner the energy storage is carried out.

Die Energiespeicherung kann in Form einer mechanischen Speicherung mittels Federn oder in Form einer Speiche­ rung eines unter Druck gesetzten Gasvolumens ausgebildet sein. Entsprechend dazu werden nicht dargestellte zu­ sätzliche Sensoren für die Erfassung des Energieinhaltes der Speichereinrichtung verwendet. Für einen bestimmten Schaltzyklus wird dem Energiespeicher eine bestimmte Energiemenge entnommen. Die in der Regel gespeicherte Energie reicht für einen Zyklus, z. B. Aus-Ein-Aus-Schal­ tung aus, in Sonderfällen auch für Ein-Aus-Ein-Aus-Zy­ klen. Auf vorteilhafte Weise kann die nach einem durchge­ führten Schaltzyklus nachzuladende Energie von der Steu­ ereinrichtung 11 überwacht werden und mit Sollwerten innerhalb eines Toleranzbandes abgeglichen werden. Als Kriterium für die Überwachung wird zweckmäßig die Lade­ zeit für die Energiezufuhr in den Energiespeicher heran­ gezogen. Damit ist über die Selbstdiagnose sicherge­ stellt, daß Unregelmäßigkeiten frühzeitig erkannt und gemeldet werden.The energy storage can be in the form of mechanical storage by means of springs or in the form of storage of a pressurized gas volume. Correspondingly, additional sensors, not shown, are used for the detection of the energy content of the storage device. A certain amount of energy is taken from the energy store for a certain switching cycle. The energy usually stored is sufficient for one cycle, e.g. B. off-on-off-scarf device, in special cases also for on-off-on-off cycles. Advantageously, the energy to be recharged after a switching cycle has been carried out can be monitored by the control device 11 and compared with target values within a tolerance band. The charging time for the energy supply in the energy store is expediently used as a criterion for the monitoring. This ensures self-diagnosis that irregularities are recognized and reported at an early stage.

In das Diagnosesystem wird zweckmäßig auch eine Überwa­ chung der Auslöseeinheit 6 einbezogen, deren Ausführung von der Konzeption des Antriebssystems abhängt. Mit Hil­ fe der Steuereinrichtung 11 und der angeschlossenen Senso­ ren kann insgesamt eine umfangreiche Selbstdiagnose des Gerätezustandes durchgeführt werden und es können Daten für eine dezentrale Betriebserfassung zur Verfügung ge­ stellt werden.In the diagnostic system, a monitoring of the trigger unit 6 is expediently included, the execution of which depends on the design of the drive system. With the help of the control device 11 and the connected sensors, a comprehensive self-diagnosis of the device status can be carried out and data can be made available for decentralized operation detection.

Auch wenn nicht von dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Optimierung von Schaltzeitpunkten Gebrauch gemacht wird, bzw. nicht von allen Verfahrensteilen, so führt bereits die Verwendung einer speicherprogrammierten Steuerung zur Steuerung der Antriebseinrichtung zu einer wesentli­ chen Verbesserung der Verfügbarkeit und einer verbesser­ ten Möglichkeit zur Überwachung des Zustands des Schalt­ gerätes und seines Antriebs. Es können eine Reihe von mechanischen und elektromechanischen Komponenten konven­ tioneller Antriebssteuerungen ersetzt und in Verbindung mit entsprechenden Sensoren Überwachungsfunktionen rea­ lisiert werden. Even if not from the inventive method for Optimization of switching times is used, or not of all parts of the process, so already leads the use of a programmable logic controller to control the drive device to an essential Chen improve availability and improve Possibility to monitor the status of the switch device and its drive. There can be a number of  mechanical and electromechanical components tional drive controls replaced and in connection with appropriate sensors monitoring functions rea be lized.  

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Schaltgerät
2 Unterbrechereinheit
3 Isoliereinrichtung
4 Antriebseinrichtung
5 Schaltgestänge
6 Auslöseeinheit
7 Energienachladeeinheit
8 Schalterstellungserfassung
9 Vorortssteuerung
10 Notbetriebseinrichtung
11 Steuereinrichtung
12 Schutz- und Steuereinrichtung
13 Spannungssensor
14 Stromsensor
15 Stellungsmelder
16 Drucksensor
17 Temperatursensor
18 Lichtwellenleiterverbindung
19 Bussystem
20 Kontakte
21 Kupplungsstellen
u = Wechselspannung
t = Zeit
t E  = Einschaltbefehl-Zeitpunkt
t EV  = Zeitpunkt für Weiterleitung des Einschaltbefehls
t A  = Ausschaltbefehl-Zeitpunkt
t AV  = Zeitpunkt für Weiterleitung des Ausschaltbefehls
t io  = Stromnulldurchgang
t dc  = Abklingzeitpunkt des Gleichstromanteils auf den Wert dc
AV = Ausschaltverzögerungsdauer
EV = Einschaltverzögerungsdauer
TS = Schalterzeit = BE + OZ
BE = Bewegungsverzugszeit beim Einschalten
OZ = Kontaktbewegungsdauer
TL = Lichtbogenzeit
BA = Schaltereigenzeit
i = gemessener zeitlicher Verlauf des Stroms
i′ = errechneter zeitlicher Verlauf des Stroms
S = Schaltkontaktestellung
G = Stellung geschlossen
O = Stellung offen
Z = Vorzünddistanz
E = Einschaltbefehl
A = Ausschaltbefehl
DC = Gleichstromanteil im Kurzschlußstrom
dc = abschaltbarer DC 1 switching device
2 breaker unit
3 isolation device
4 drive device
5 shift linkages
6 release unit
7 power recharger
8 switch position detection
9 Local control
10 emergency operating device
11 control device
12 Protection and control device
13 voltage sensor
14 current sensor
15 position indicators
16 pressure sensor
17 temperature sensor
18 fiber optic connection
19 bus system
20 contacts
21 coupling points
u = AC voltage
t = time
t E = switch-on command time
t EV = time for forwarding the switch-on command
t A = switch-off command time
t AV = time for forwarding the switch-off command
t io = current zero crossing
t dc = time of decay of the DC component to the value dc
AV = switch-off delay period
EV = switch-on delay
TS = switch time = BE + OZ
BE = movement delay time when switching on
OZ = contact movement time
TL = arc time
BA = switch proper time
i = measured time course of the current
i ′ = calculated time course of the current
S = switch contact position
G = position closed
O = position open
Z = pre-ignition distance
E = switch-on command
A = switch-off command
DC = DC component in the short-circuit current
dc = switchable DC

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrich­ tung eines Mittel- oder Hochspannungsschaltgerätes für Wechselspannung, wobei durch die Antriebseinrichtung bei in einer Antriebssteuereinrichtung eingegebenem Ein­ schaltbefehl wenigstens einer der Schaltkontakte des Schaltgerätes auf einen anderen Schaltkontakt zu bewegt wird und entsprechend bei einem Ausschaltbefehl wenig­ stens einer der Schaltkontakte von einem anderen Schalt­ kontakt weg bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) bei zu einem Zeitpunkt (t E ) eingegebenem Einschalt­ befehl (E)
    • - der zeitliche Verlauf derjenigen Wechselspan­ nung (u) erfaßt wird, die über den geöffneten Kontakten (20) anliegt und aus der gemessenen Wechselspannung (u) Zeitpunkte (t o) der fol­ genden Spannungsnulldurchgänge errechnet wer­ den und
    • - ein Zeitpunkt (t EV ) errechnet wird, bis zu dem eine Durchschaltung des eingegebenen Ein­ schaltbefehls (E) auf die Antriebseinrichtung (4) etwa verzögert wird, wobei der Zeitpunkt (t EV ) um eine Schalterzeit (TS) versetzt vor demjenigen Spannungsnulldurchgangszeitpunkt (t o) liegt, der mindestens um die Schalterzeit (TS) versetzt dem Eingabezeitpunkt (t E ) des Einschaltbefehls (E) folgt und wobei die Schalterzeit (TS) der Summe einer Bewegungs­ verzugszeit (BE) der Schaltkontakte (20) nach dem Durchschaltezeitpunkt (t EV ) des Einschalt­ befehls (E) und einer Kontaktbewegungsdauer (OZ) entspricht, die benötigt wird zur Bewe­ gung der Kontakte aus einer Offen-Stellung (O) in eine Vorzünddistanz-Stellung (Z) und
  • b) bei aufgrund eines Kurzschlusses eingegebenem Aus­ schaltbefehl (A) zu einem Zeitpunkt (t A ) die Durch­ schaltung des Befehls (A) auf die Antriebseinrich­ tung (4) um eine Ausschaltverzögerungsdauer (AV) verzögert wird, wobei die Ausschaltverzögerungsdau­ er (AV) wie folgt ermittelt wird:
    • - es wird der zeitliche Verlauf des Stroms (i) bei geschlossenen Kontakten (20) gemessen und daraus der voraussichtliche weitere Verlauf des Stromes (i′) sowie eines darin enthaltenen Gleichstromanteils (DC) errechnet;
    • - wenn der Gleichstromanteil (DC) auf einen vor­ gegebenen Wert (dc) abgeklungen ist, wird ein Zeitpunkt (t io ) des Nulldurchgangs des errech­ neten Stroms (i′) berechnet, der mindestens um eine Lichtbogenzeit (TL) versetzt folgt;
    • - ausgehend von diesem Nulldurchgangszeitpunkt (t io ), zu dem der Strom (i) abgeschaltet sein soll, wird unter Berücksichtigung der Lichtbo­ genzeit (TL) und einer Schaltereigenzeit (BA) ein Zeitpunt (t V ) für die Weiterleitung des Ausschaltbefehls (A) an die Antriebseinrich­ tung (4) ermittelt und die Ausschaltverzöge­ rungsdauer (AV) als Differenz zwischen dem Weiterleitungszeitpunkt (t AV ) und dem Ein­ schaltbefehlszeitpunkt (t E ) errechnet, wobei bei negativer Differenz die Berechnung des Weiterleitungszeitpunkts (t AV ) wiederholt wird, ausgehend von einem neuen Nulldurch­ gangszeitpunkt (t io ), der mindestens um die Lichtbogenzeit (TL) und die Schaltereigenzeit (BA) versetzt auf den Zeitpunkt folgt, zu dem der Gleichstromanteil (DC) mindestens auf den vorgegebenen Wert (dc) abgeklungen ist.
1. A method for controlling a Antriebseinrich device of a medium or high voltage switching device for AC voltage, wherein at least one of the switching contacts of the switching device is moved to another switching contact by the drive device when a switching command entered in a drive control device and accordingly at least one of the switching contacts when a switching command is given is moved away from another switching contact, characterized in that
  • a) at a time (t E) inputted power on command (E)
    • - The time course of that AC voltage (u) is detected, which is present across the open contacts ( 20 ) and from the measured AC voltage (u) times (t o ) of the fol lowing zero voltage crossings who and
    • - A point in time (t EV ) is calculated up to which switching through of the input switch command (E) to the drive device ( 4 ) is approximately delayed, the point in time (t EV ) being offset by a switch time (TS) before that voltage zero crossing time ( t o) is the offset at least by the switch time (TS) the input time (t e) of the switch-on command (e) follows, and wherein the switch time (TS) of the sum of a motion delay (BE) of the switching contacts (20) of the through-connection time ( t EV ) of the switch-on command (E) and a contact movement time (OZ) , which is required to move the contacts from an open position (O) to a pre-ignition position (Z) and
  • b) at inputted due to a short circuit from switching command (A) at a time (t A) which is through-connection of the (A) command on the Antriebseinrich device (4) delayed by a Ausschaltverzögerungsdauer (AV), said Ausschaltverzögerungsdau he (AV) is determined as follows:
    • - The time profile of the current (i) is measured with closed contacts ( 20 ) and from this the expected further profile of the current (i ') and a DC component (DC) contained therein are calculated;
    • - If the direct current component (DC) has decayed to a given value (dc) , a time (t io ) of the zero crossing of the calculated current (i ′) is calculated, which follows offset by at least one arc time (TL) ;
    • - Starting from this zero crossing time (t io ), at which the current (i) is to be switched off, a time point (t V ) for forwarding the switch-off command (A) is taken into account, taking into account the arc time (TL) and an intrinsic switch time (BA ). to the drive device ( 4 ) and the switch-off delay time (AV) is calculated as the difference between the forwarding time (t AV ) and the switch-on command time (t E ), the calculation of the forwarding time (t AV ) being repeated if the difference is negative, starting from from a new zero-crossing point in time (t io ), which follows at least the arc time (TL) and the intrinsic switch time (BA) at the point in time at which the DC component (DC ) has decayed at least to the predetermined value (dc) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Feststellung des zeitlichen Verlaufs der Spannung (u) und des Stroms (i) eine Mehrfachabtastung der gemessenen Spannungs- und Stromsignale innerhalb einer Periode erfolgt und die gemessenen Werte digitali­ siert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for the determination of the temporal profile of the voltage (u) and the current (i) multiple sampling of the measured voltage and current signals takes place within a period and the measured values are digitized. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Funktionstüchtigkeit der Antriebs­ einrichtung (4), der Steuereinrichtung (11) und der Sen­ soren (13 . . . 17) ständig überwacht und Störungen gemeldet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the functionality of the drive device ( 4 ), the control device ( 11 ) and the sen sensors ( 13 ... 17 ) are constantly monitored and faults are reported. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der absolute Wert der Dichte eines gasförmigen Löschmittels ermittelt wird, durch
  • - Messung des Betriebsstromes und der Umgebungstempe­ ratur und Umrechnung dieser Meßwerte mit Hilfe eines gespeicherten mathematischen Zusammenhangs in eine Löschmitteltemperatur und
  • - Messung des Löschmitteldruckes sowie Verknüpfung dieses Meßwertes mit der errechneten Löschmittel­ temperatur mit Hilfe eines gespeicherten Mollier- Diagramms.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the absolute value of the density of a gaseous extinguishing agent is determined by
  • - Measuring the operating current and the ambient temperature and converting these measured values using a stored mathematical relationship into an extinguishing agent temperature and
  • - Measuring the extinguishing agent pressure and linking this measured value with the calculated extinguishing agent temperature using a stored Mollier diagram.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß aus den Signalen von Stel­ lungsmeldern (15) am Schaltgerät (1) eine mittlere Ge­ schwindigkeit der Schaltkontaktbewegung während des Ein- und Ausschaltens ermittelt wird und die ermittelte Geschwindigkeit mit einem gespeicherten zulässigen Ge­ schwindigkeitsbereich verglichen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that from the signals from position indicators ( 15 ) on the switching device ( 1 ) an average speed of the switching contact movement during switching on and off is determined and the speed determined with a stored permitted speed range is compared. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die erforderliche Zeit zur Nachladung einer mechanisch gespeicherten Schalteran­ triebsenergie für Diagnosezwecke überwacht wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, because characterized in that the time required to Reload a mechanically stored switch drive energy is monitored for diagnostic purposes.   7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einem Schaltgerät (1) mit Antriebseinheit (4) von einer übergeordneten Schutz- und Steuereinrichtung (12) Schaltbefehle (E, A) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuereinrichtung (11) vorgesehen ist, der die Schaltbe­ fehler (E, A) sowie Meßsignale (u, i) von am Schaltgerät (1) angeordneten Strom- und Spannungssensoren (13, 14) als Eingangsgrößen zugeführt sind und die Schaltbefehle (E, A) nach Ablauf von ermittelten Verzögerungszeiten (EV, AV) an die Antriebseinrichtung (4) weiterleitet.7. Device for performing the method according to one of claims 1 to 6, wherein a switching device ( 1 ) with a drive unit ( 4 ) from a higher-level protection and control device ( 12 ) switching commands (E, A) are supplied, characterized in that a Electronic control device ( 11 ) is provided, to which the switching errors (E, A) and measurement signals (u, i) from current and voltage sensors ( 13, 14 ) arranged on the switching device ( 1 ) are fed as input variables and the switching commands (E, A) after the determined delay times (EV, AV) have passed to the drive device ( 4 ). 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als elektronische Steuereinrichtung (11) eine speicherprogrammierte Steuerung vorgesehen ist.8. Device according to claim 7, characterized in that a programmable logic controller is provided as the electronic control device ( 11 ). 9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Stellungsmelder (15) vorgesehen sind, die im Bereich von Kupplungsstellen (21) eines Schaltge­ stänges (5) angeordnet sind und die Bewegung des Schalt­ gestänges (5) überwachen.9. Device according to claim 7 or 9, characterized in that position detectors (15) are provided, which in the area of coupling points (21) of a Schaltge stänges (5) are arranged and monitor the movement of the switching rod (5). 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (16) zur Erfassung des Löschmitteldruckes und ein Temperatursen­ sor (17) zur Erfassung der Umgebungstemperatur vorgese­ hen sind.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that a pressure sensor ( 16 ) for detecting the extinguishing agent pressure and a temperature sensor ( 17 ) for detecting the ambient temperature are hen hen. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen Sen­ soren (13 bis 17) Lichtwellenleiter (18) vorgesehen sind. 11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that for the connection between sen sensors ( 13 to 17 ) optical fibers ( 18 ) are provided. 12. Einrichtung zur Steuerung eines Antriebs eines Mittel- oder Hochspannungsschaltgehäuses, dadurch gekenn­ zeichnet, daß diese Steuereinrichtung als speicherpro­ grammierbare Steuerung ausgeführt ist und mit ihr wenig­ stens eine der Funktionen Schalterstellungserfassung, Schaltverriegelung, Einschalt- und Ausschalt-Auslösung, Schalterantriebsenergienachladung, Schalter- und An­ triebs-Zustandsdiagnose, und Löschmittelzustandserfas­ sung realisiert ist.12. Device for controlling a drive Medium- or high-voltage switch housing, characterized records that this control device as a storage pro programmable control is executed and with it little at least one of the functions switch position detection, Switch lock, switch on and switch off triggering, Switch drive energy recharge, switch and on drive condition diagnosis, and extinguishing agent condition detection solution is realized.
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