DE69830808T2

DE69830808T2 - Betätigungseinrichtung zum antrieb und steuerung eines schaltgeräts

Info

Publication number: DE69830808T2
Application number: DE69830808T
Authority: DE
Inventors: Stefan Valdemarsson
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: EP1147531B1; CN1337051A; EP1147531A1; US6713984B1; WO2000036621A1; JP2002532842A; CN1202543C; AU2554399A; DE69830808D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betriebsvorrichtung zum Antrieb und zur Steuerung des Öffnens und Schließens einer elektrischen Umschalt- bzw. Schaltvorrichtung, wie zum Beispiel ein Schalter bzw. Lastschalter oder ein Leistungsschalter. Die Schaltvorrichtung ist für die Nutzung in einem Hoch- oder Mittelspannungs-Leitungs- oder Verteilernetz bestimmt und wird daher bei Spannungen im Bereich von einem Kilovolt bis zu einigen hundert Kilovolt genutzt. Die Betriebsvorrichtung ist insbesondere geeignet, um Leistungsschalter aller Arten zu betreiben, z.B. gas-, öl- oder vakuumisolierte Leistungsschalter vom Live-Tank- oder Dead-Tank-Typ. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Schaltvorrichtung für mittlere Spannungen oder hohe Spannungen, die durch eine Betriebsvorrichtung der vorstehend erwähnten Art betrieben wird, und ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltvorrichtung für mittlere oder hohe Spannungen.
Stand der Technik
In einem Stromleitungs- oder Verteilernetz sind Schaltvorrichtungen in das Netz eingebaut, um automatischen Schutz als Reaktion auf abnormale Lastbedingungen zu bieten oder um das Öffnen oder Schließen (Schalten) von Netzabschnitten zu erlauben. Die Schaltvorrichtung kann daher für die Verrichtung einer Anzahl von verschiedenen Arbeitsvorgängen in Anspruch genommen werden, wie die Unterbrechung von Anschlussfehlern oder Abstandskurzschlüssen, Unterbrechung von kleinen Induktionsströmen, Unterbrechung von kapazitiven Strömen, gegenphasiges Schalten oder lastfreies Schalten, was alles Vorgänge sind, die einem Fachmann wohlbekannt sind.
In Schaltvorrichtungen wird der eigentliche Öffnungs- oder Schließvorgang von zwei Kontakten durchgeführt, wobei üblicherweise einer fest und der andere beweglich ist. Der bewegliche Kontakt wird von einer Betriebsvorrichtung betrieben, die einen Stellantrieb und einen Mechanismus umfasst, wobei der Mechanismus den Stellantrieb mit dem beweglichen Kontakt wirkend verbindet.
Stellantriebe von bekannten Betriebsvorrichtungen für Mittel- und Hochspannungs-Lastschalter und -Leistungsschalter sind von federbetriebener, hydraulischer oder elektromagnetischer Bauart. Im folgenden werden Betriebsvorrichtungen beschrieben, die einen Leistungsschalter betreiben, doch ähnliche bekannte Betriebsvorrichtungen können auch Lastschalter betreiben.
Der federbetriebene Stellantrieb nutzt im Allgemeinen zwei Federn, um den Leistungsschalter zu betreiben; eine Öffnungsfeder zum Öffnen des Leistungsschalters und eine Schließfeder zum Schließen des Leistungsschalters sowie zum Neuspannen der Öffnungsfeder. Die Schließfeder wird durch einen elektrischen Motor neu gespannt, der sich in der Betriebsvorrichtung befindet. Ein Mechanismus wandelt die Bewegung der Federn in eine Translationsbewegung des beweglichen Kontakts um. In seiner geschlossenen Stellung in einem Netz berühren sich der bewegliche Kontakt und der feste Kontakt des Leistungsschalters, und die Öffnungsfeder und die Schließfeder der Betriebsvorrichtung sind gespannt. Auf einen Öffnungsbefehl hin öffnet die Öffnungsfeder den Leistungsschalter, indem sie die Kontakte trennt. Auf einen Schließbefehl hin schließt die Schließfeder den Leistungsschalter und spannt gleichzeitig die Öffnungsfeder. Die Öffnungsfeder ist nun, falls nötig, bereit zur Durchführung eines zweiten Öffnungsvorgangs. Wenn die Schließfeder den Leistungsschalter geschlossen hat, spannt der elektrische Motor in der Betriebsvorrichtung die Schließfeder wieder. Dieser Neuspannvorgang dauert mehrere Sekunden.
Obwohl sie die Aufgabe, für die sie entwickelt sind, erfüllen, haben federbetriebene Betriebsvorrichtungen verschiedene Nachteile. Die Bewegung des beweglichen Kontakts ist ausschließlich durch die Eigenschaften der Öffnungs- und Schließfedern und durch den Betätigungsmechanismus bestimmt. Daher kann die vom beweglichen Kontakt zurückgelegte Strecke als Funktion der Zeit, d.h. das Bewegungsprofil, nach dem sich der bewegliche Kontakt bewegt, nicht vom Benutzer geändert werden, da dies durch die Auslegung der Betriebsvorrichtung festgelegt ist. Dies bedeutet, dass der bewegliche Kontakt einem vorbestimmten Bewegungsprofil folgen wird, sobald die Öffnungs- oder Schließfeder entlastet wird. Darüber hinaus ist auch die Energie, die dem beweglichen Kontakt durch den Stellantrieb zugeführt wird, durch die Auslegung der Betriebsvorrichtung festgelegt. Daher ist es nicht möglich, die Bewegung des beweglichen Kontakts an die Art des Öffnungs- oder Schließvorgangs, der ausgeführt werden muss, anzupassen. Ebenso wenig ist es möglich, die Bewegung des beweglichen Kontakts durch Steuerung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Kontakts zu verändern, sobald der Öffnungs- oder Schließvorgang begonnen wurde.
Außerdem sind federbetriebene Stellantriebe aufgrund der Anwesenheit der Federn an sich wenig genau, da sie im allgemeinen eine große Zahl von Einzelteilen umfassen. Die große Anzahl der Teile erfordert auch eine anfängliche Ausrichtung der Betriebsvorrichtung, was schwierig und damit zeitaufwendig ist. Die schlechte Genauigkeit bei der Positionierung des beweglichen Kontakts und das Fehlen einer Steuerung der Bewegung des beweglichen Kontakts kann ferner die Anwesenheit von Dämpfern oder Stoßdämpfern erforderlich machen, um die verbleibende Bewegungsenergie am Ende des Öffnungs- und Schließtakts abzuführen und um unkontrollierte Stöße auf den Leistungsschalter zu verhindern. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Lärmpegel von bekannten federbetriebenen Betriebseinrichtungen, was die Bereitstellung von akustischer Isolierung im Gehäuse der Betriebsvorrichtung erforderlich machen kann, um Umweltbelastungen zu begrenzen.
Als Folge der hohen Anzahl von Teilen setzen bekannte federbetriebene Betriebsvorrichtungen regelmäßige Instandhaltung voraus, um das erwartete Verhalten der Betriebsvorrichtung aufrecht zu erhalten und um Veränderungen der Bewegung des beweglichen Kontakts aufgrund von Abnutzung und Alterung des Systems auszugleichen. Noch ein weiteres Problem stellt die Verzögerungszeit des Leistungsschalters dar, d.h. die Zeit, die zwischen dem Moment, in dem der Ausführungsbefehl an die Betriebsvorrichtung gesendet wird und dem Beginn der Bewegung des beweglichen Kontakts des Stromunterbrechers vergeht. Aufgrund der hohen Anzahl von Teilen liegt die Ansprechzeit bei bekannten federbetriebenen Betriebsvorrichtungen in der Größenordnung von mehreren Millisekunden (ms).
Betriebsvorrichtungen der hydraulischen Art, bei denen die Bewegung des beweglichen Kontakts durch spezielle hydraulische Stellantriebe erreicht wird, können einige der Unannehmlichkeiten der federbetriebenen Betriebsvorrichtung teilweise umgehen. Dennoch haben die hydraulischen Betriebsvorrichtungen einige Nachteile, die mit der Anwesenheit von hydraulischen Fluiden in Zusammenhang stehen, insbesondere da die Zähigkeit der Fluide temperaturabhängig ist. Zusätzlich gibt es bei hydraulischen Betriebsvorrichtungen ein Leckrisiko, wodurch hydraulische Fluide die Umwelt beeinträchtigen können. Wie bei den federbetriebenen Betriebsvorrichtungen erzeugen hydraulische Betriebsvorrichtungen hohe Lärmpegel und erfordern ebenfalls regelmäßige Instandhaltung, um das erwartete Verhalten der Betriebsvorrichtung aufrecht zu erhalten.
In bekannten elektromagnetischen Betriebsvorrichtungen wird eine antreibende Kraft entweder durch das Prinzip der Lorentzkraft erzeugt oder durch wechselwirkende magnetische Felder, die von Elektromagneten erzeugt werden.
Die Lorentzkraft sagt aus, dass wenn ein stromführender Leiter in ein Magnetfeld gebracht wird, eine Kraft auf den Leiter wirkt. Dieses Prinzip wird beispielsweise in einem Schwingspulenantrieb genutzt, womit bekannterweise Vakuum-Leistungsschalter betrieben werden. Eine solche Schwingspule ist in der Patentanmeldung PCT/US96/07114 beschrieben. Die Schwingspule hat jedoch einen bedeutenden Nachteil in der Tatsache, dass die Länge des Hubs begrenzt ist. Die Verwendung eines Schwingspulenantriebs ist daher auf Lastschalter und Leistungsschalter begrenzt, die nur einen kurzen Hub benötigen.
Die magnetische Betriebsvorrichtung benutzt einen oder eine Vielzahl von Elektromagneten, um den beweglichen Kontakt des Leistungsschalters zu betätigen. Es gibt mehrere Entwürfe von magnetischen Betriebsvorrichtungen, deren Arbeitsprinzip es ist, dass ein Elektromagnet, der wirkend mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist, sich zwischen zwei Endpositionen bewegt, wodurch ein Luftspalt in einem magnetischen Schaltkreis geschlossen oder vergrößert wird. Ein Beispiel eines solchen Geräts, wie in der PCT-Anmeldung PCT/SE96/01341 dargestellt, wird im folgenden mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Der bewegliche Kontakt des Leistungsschalters ist wirkend verbunden mit einer Drehvorrichtung 101, die eine Anzahl von rotationssymmetrisch angeordneten Eisenankern umfasst. Die Drehvorrichtung 101 ist in einem äußeren festen Eisenkern 102 angeordnet. Um eine Drehbewegung zu erreichen, werden Betriebsspulen bzw. Arbeitsspulen 103, die an jedem Anker am Eisenkern 102 befestigt sind, mit Betriebsströmen versorgt, wodurch die Drehvorrichtung 101 sich zwischen zwei Endstellungen drehen kann, in denen die Oberflächen der elektromagnetischen Pole der Anker die des Eisenkerns 102 berühren. Während der Drehbewegung bewegt sich ein am Anker vorstehender Arm in die Arbeitsspule 103, wodurch ein Luftspalt 104, der sich zwischen den Poloberflächen befindet, geschlossen oder vergrößert wird.
Um einen ausreichenden Hub zu erhalten, muss der Luftspalt in der magnetischen Betriebsvorrichtung groß sein. Da ein großer Luftspalt zu einer großen Magnetisierungsenergie führt, ist die zum Betrieb der elektromagnetischen Betriebsvorrichtung erforderliche Energie groß, und da ein großer Luftspalt magnetisiert werden muss, ist die Verzögerungszeit lang. Außerdem kann sich wie im Fall des Schwingspulenantriebs der Anker nur zwischen zwei Endstellungen bewegen, und die Hublänge ist damit in sich begrenzt.
Die Energie, die ein Stellantrieb an den beweglichen Kontakt abgibt, ist gleich der Kraft, die vom Stellantrieb erzeugt wird mal dem Hub des Stellantriebs oder, im Fall eines drehenden Stellantriebs, das Drehmoment mal der Winkelbewegung. In bekannten elektromagnetischen Stellantrieben ist der Hub oder die Winkelbewegung in sich begrenzt, da die Bewegung Endpositionen hat. Daher muss, damit ein bekannter Stellantrieb eine ausreichende Menge von Energie an den beweglichen Kontakt liefert, die „Kraft pro Bewegung" sehr groß sein. Dies sorgt dafür, dass bekannte elektromagnetische Stellantriebe groß, schwerfällig und teuer sind, insbesondere dann, wenn große Energien an den beweglichen Kontakt geliefert werden müssen, wie es in Hochspannungsleistungsschalter-Anwendungen der Fall ist. Diese Tatsache kann keine mechanische Kopplung verändern, nicht einmal wenn die mechanische Kopplung eine Getriebevorrichtung mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis umfasst. Die Druckschrift US4912380 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betriebsvorrichtung zum Antrieb und zur Steuerung des Öffnens und Schließens einer Schaltvorrichtung in einem Hoch- oder Mittelspannungs-Übertragungs- oder Verteilernetz bereitzustellen, die einen beweglichen Kontakt der Schaltvorrichtung in die Lage versetzt, einen langen Hub in rascher und steuerbarer Weise auszuführen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betriebsvorrichtung bereitzustellen, die bei einer verlangsamenden Bewegung des beweglichen Kontakts Energie in eine Energiespeichereinheit zuführen kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betriebsvorrichtung bereitzustellen, durch welche der bewegliche Kontakt gemäß einem vorgegebenen gewünschten Bewegungsprofil bewegt werden kann, welches über eine große Zahl von Öffnungs- und Schließvorgängen hinweg aufrechterhalten wird. Im Rahmen dieser Aufgabe kann die Betriebsvorrichtung Alterung und Abnutzung, die dazu neigen, das Bewegungsprofil zu verändern, ausgleichen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betriebsvorrichtung bereitzustellen, mit der der bewegliche Kontakt gemäß jedem aus einer Vielzahl von eindeutigen Bewegungsprofilen bewegt werden kann.
Noch ein weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betriebsvorrichtung bereitzustellen, mit der die Geschwindigkeit des beweglichen Kontakts während des Öffnungs- oder Schließvorgangs fortlaufend gesteuert werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betriebsvorrichtung bereitzustellen, die im Vergleich zu bekannten Betriebsvorrichtungen mechanisch einfacher ist und die zuverlässig, von verhältnismäßig einfachem Aufbau ist und niedrige Herstellungskosten hat.
Um diese und andere Ziele, die im folgenden offensichtlicher werden, zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit. Unter „wirkend verbunden" versteht man, dass die rotierende elektrische Maschine mit dem beweglichen Kontakt ohne jede dazwischenliegende Energiespeichervorrichtung, wie z.B. eine mechanische Feder, verbunden ist.
Unter einer rotierenden elektrischen Maschine versteht man jede Art von rotierender elektrischer Vorrichtung, die eine endlose Drehbewegung ausführen kann. Im Vergleich zu bekannten Stellantrieben, die Endstellungen haben, kann die rotierende elektrische Vorrichtung sich eine große oder sogar unbegrenzte Zahl von Umdrehungen drehen, genauso wie nur einen Teil einer Umdrehung. Aufgrund der unbeschränkten Winkelbewegung ist die rotierende elektrische Maschine fähig, eine Hublänge des beweglichen Kontakts zu ermöglichen, die nur durch die Ausführung der Verbindung zwischen der rotierenden elektrischen Maschine und dem beweglichen Kontakt begrenzt ist.
Mit einer Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, die Bewegung des beweglichen Kontakts durch das Steuern eines Betriebsstroms zu steuern, der durch die rotierende elektrische Maschine fließt. Damit können die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des beweglichen Kontakts gesteuert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die rotierende elektrische Maschine mit dem beweglichen Kontakt über eine mechanische Kopplung wirkend verbunden, die eine Getriebevorrichtung mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis umfasst. Mit einer solchen Verbindung ist es möglich, das Drehmoment des Stellantriebs in eine Winkelbewegung umzuwandeln, indem man die rotierende elektrische Maschine bei jedem Öffnungs- oder Schließvorgang eine oder eine Vielzahl von Umdrehungen durchführen lässt. Durch ein Untersetzen der Winkelbewegung unter Verwendung der Getriebevorrichtung kann das benötigte Antriebsdrehmoment verringert werden, und somit können auch Größe und Kosten des Stellantriebs verringert werden. Natürlich ist es bei einer rotierenden elektrischen Maschine auch möglich, den beweglichen Kontakt nur unter Ausnutzung von Bruchteilen einer Drehung zu betreiben, d.h. indem man die rotierende elektrische Maschine nur einen Teil einer Umdrehung drehen lässt.
Vorzugsweise wandelt die mechanische Kopplung die Drehbewegung der rotierenden elektrischen Maschine in eine Transversalbewegung des beweglichen Kontakts um, aber die mechanische Kopplung kann wahlweise auch die Drehbewegung der rotierenden elektrischen Maschine in eine Drehbewegung des beweglichen Kontakts umwandeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung betreibt die rotierende elektrische Maschine den beweglichen Kontakt direkt, d.h. der bewegliche Kontakt ist unmittelbar mit einer Drehachse der rotierenden elektrischen Maschine verbunden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die rotierende elektrische Maschine eine Vielzahl von rotierenden elektrischen Maschinen, die wirkend mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind.
Die rotierende elektrische Maschine arbeitet als Generator wie auch als Stellantrieb. Im Betrieb wird der bewegliche Kontakt anfänglich beschleunigt. Während dieser Beschleunigungsphase arbeitet die rotierende elektrische Maschine als Stellantrieb, indem sie den beweglichen Kontakt beschleunigt. Zum Ende des Hubs hin tritt der bewegliche Kontakt in eine Verzögerungsphase ein, wobei der bewegliche Kontakt abgebremst wird. In dieser Verzögerungsphase arbeitet die rotierende elektrische Maschine als Generator, wobei die rotierende elektrische Maschine auf eine sich verlangsamende Bewegung des beweglichen Kontakts hin elektrische Energie erzeugt, indem sie die Bewegungsenergie des beweglichen Kontakts in elektrische Energie umwandelt.
Durch das Abbremsen des beweglichen Kontakts, indem die rotierende elektrische Maschine als Generator betrieben wird, kann eine Reihe von Vorteilen erzielt werden. Erstens kann die von der rotierenden elektrischen Maschine erzeugte Energie auf eine Energiespeichereinheit übertragen werden, z.B. eine Batterie, eine Reihe von Kondensatoren, eine Reihe von Superkondensatoren oder ein elektrisches Netz. Dementsprechend kann die elektrische Energie genutzt werden, um den beweglichen Kontakt während einer darauffolgenden Beschleunigungsphase zu beschleunigen. Dadurch kann die zur Betätigung des beweglichen Kontakts nötige Gesamtenergiemenge verringert werden. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinheit die gleiche Energieversorgungseinheit, von der die Betriebsvorrichtung normalerweise Energie zur Beschleunigung des beweglichen Kontakts erhält. Zweitens wird durch das Abbremsen des beweglichen Kontakts auf diese Weise die Notwendigkeit von mechanischen Dämpfern vermieden. Dadurch kann die mechanische Auslegung der Betriebsvorrichtung vereinfacht werden. Drittens kann die Bewegung des beweglichen Kontakts während der Verzögerungsphase auf eine Weise gesteuert werden, wie es unter Verwendung bekannter mechanischer Dämpfer nicht möglich ist.
Anstatt die elektrische Energie, die von der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, in einer Energiespeichereinheit zu speichern, kann die elektrische Energie in einen ohmsches Element abgeführt werden, wodurch die Bewegungsenergie des beweglichen Kontakts in Wärme umgewandelt wird.
Auf die Beschleunigungsphase muss nicht sofort die Verzögerungsphase folgen. Eine Zwischenphase, in welcher der bewegliche Kontakt weder beschleunigt noch abgebremst wird, sondern seine Bewegung aufgrund der Trägheitskraft fortführt, kann der Beschleunigungsphase folgen, aber der Bremsphase vorangehen.
Die Bewegung der rotierenden elektrischen Maschine wird durch eine Steuereinheit gesteuert. Die Steuereinheit steuert den Betriebsstrom, der durch die rotierende elektrische Maschine fließt, und dadurch wird die Bewegung des beweglichen Kontakts von der Steuereinheit gesteuert. Mittels der Steuereinheit kann der bewegliche Kontakt mit großer Genauigkeit betätigt werden, und eine gewünschte Bewegung des beweglichen Kontakts kann leicht erreicht werden. Beispielsweise kann durch die Nutzung der Steuereinheit der Einfluss von Abnutzung und Alterung auf die Bewegung des beweglichen Kontakts ausgeglichen werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuereinheit ein Datenverarbeitungsmittel, wie eine Zentralprozessoreinheit (CPU) und ein Datenspeicherungsmittel, welches eine Vielzahl von einzigartigen Bewegungsprofilen speichern kann. Vorzugsweise wird im Datenspeicherungsmittel ein Bewegungsprofil für jede Art von Öffnungs-/Schließsituation gespeichert, die im elektrischen Netz vorkommen kann. Informationen über den Zustand des elektrischen Netzes, z.B. von Überwachungsinstrumenten wie Messwandlern, oder Anweisungen von einem Bediener werden der Steuereinheit zugeführt. Wenn die Schaltvorrichtung zum Betrieb in Anspruch genommen wird, werden die Informationen und/oder die Anweisungen von den Datenverarbeitungsmitteln analysiert. Aufgrund dieser Analyse wird ein geeignetes Bewegungsprofil von den im Datenspeicherungssystem gespeicherten Bewegungsprofilen ausgewählt und die rotierende elektrische Maschine wird dazu gebracht, den beweglichen Kontakt gemäß dem ausgewählten Bewegungsprofil zu betreiben. Wenn also ein bestimmter Schaltvorgang benötigt wird, kann die Betriebsvorrichtung einen Schaltvorgang mit einem Bewegungsprofil bieten, das an die besondere Art der Bedingung des Netzes angepasst ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung steuert die Steuereinheit während eines Öffnungs- oder Schließvorgangs fortlaufend die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine. Dadurch können Geschwindigkeit und Beschleunigung des beweglichen Kontakts fortlaufend während des Öffnungs- oder Schließvorgangs verändert werden. Der Steuerstrom, der an die rotierende elektrische Maschine gesendet wird, wird unter Verwendung eines in den Datenverarbeitungsmitteln implementierten Algorithmus gesteuert. Geeignete Eingaben für den Algorithmus sind Informationen eines Betreibers, Informationen über das elektrische Netz im allgemeinen, z.B. Spannungs- und Stromwerte von strategisch platzierten Messwandlern, oder Informationen über die Schaltvorrichtung, z.B. der durch die Schaltvorrichtung fließende Strom, die Spannung zwischen dem beweglichen und dem festen Kontakt oder, für den Fall, dass die Schaltvorrichtung ein Leistungsschalter ist, die Lichtbogenspannung. Andere geeignete Eingaben für den Algorithmus sind Informationen über die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der rotierenden elektrischen Maschine und/oder des beweglichen Kontakts. Solche Informationen können mittels einer Rückkopplungsschleife von Orts- und Bewegungssensoren an die Steuereinheit geliefert werden, die sich auf der rotierenden elektrischen Maschine und auf dem beweglichen Kontakt befinden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Erfindung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden Text wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine schematische Ansicht eines bekannten magnetischen Stellantriebs zeigt,
2 ein Blockdiagramm einer Betriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
3 eine schematische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der Erfindung, die eine Schaltvorrichtung betreibt, schematisch zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 2 gezeigt. Die Betriebsvorrichtung 200 umfasst eine rotierende elektrische Maschine 201, die über eine mechanische Kopplung 202 wirkend mit einem beweglichen Kontakt 203 einer Schaltvorrichtung verbunden ist. Die mechanische Kopplung 202 wandelt die Drehbewegung der rotierenden elektrischen Maschine 201 in eine Translationsbewegung des beweglichen Kontakts 203 um. Die mechanische Kopplung 202 umfasst eine Getriebevorrichtung, welche die Winkelbewegung der rotierenden elektrischen Maschine unter Benutzung eines geeigneten Übersetzungsverhältnisses untersetzt. Die rotierende elektrische Maschine wird von einer Energieversorgungseinheit 204 über eine Steuereinheit 205 versorgt. Die Energieversorgungseinheit kann ein Netz, eine Batterie, eine Reihe von Kondensatoren, eine Reihe von Superkondensatoren oder eine andere Art einer Energieversorgungsvorrichtung sein. Die Steuereinheit 205, die ein Datenverarbeitungsmittel und ein Datenspeicherungsmittel umfasst, steuert die Bewegung der rotierenden elektrischen Maschine durch Senden eines Steuerstroms, 208, an dieselbe. Die Betriebsvorrichtung umfasst Mittel, durch welche Informationen 210 über den Zustand des elektrischen Netzes, z.B. von Überwachungsinstrumenten wie Messwandlern, oder Anweisungen 209 von einem Betreiber an die Steuereinheit übertragen werden. Informationen über die Position, Beschleunigung, Drehmoment und/oder Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine 201 werden über eine erste Rückkopplungsschleife 206 an die Steuereinheit 205 übertragen. Ebenso werden Informationen über die Position, Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit des beweglichen Kontakts 203 und/oder der mechanischen Kopplung 202 über eine zweite Rückkopplungsschleife 207 an die Steuereinheit 205 übertragen.
Mithilfe der Steuereinheit 205 ist es auf eine einfache und flexible Weise möglich, die Bewegung des beweglichen Kontakts beispielsweise als Funktion des Netzzustands (z.B. lastfreies Schalten, Schalten von induktiven/kapazitiven Lasten, Unterbrechen von verschiedenen Arten von Kurzschlussfehlern etc.) zu steuern. Es ist außerdem möglich, vor einem Betriebsvorgang die Genauigkeit festzulegen, mit der der bewegliche Kontakt bewegt werden soll. Dadurch kann das Risiko verringert werden, die Hubendstellungen zu überschreiten. Zusätzlich ist es mittels der Steuereinheit 205 und der Rückkopplungsschleifen 206, 207 möglich, Änderungen in der Reibung des Systems aufgrund von Abnutzung oder Alterung auszugleichen. Dies kann erreicht werden, indem die Bewegung des beweglichen Kontakts so programmiert wird, dass sie sich als Funktion der Rückkopplungsinformationen ändert. Wahlweise kann dies erreicht werden, indem die Bewegung des beweglichen Kontakts so programmiert wird, dass sie sich als Funktion der Zeit oder der Anzahl von Betriebsvorgängen ändert, so dass in diesem Fall keine Rückkopplungsschleifen notwendig sind.
Beim Betrieb wird der bewegliche Kontakt 203 anfänglich beschleunigt. Während dieser Beschleunigungsphase arbeitet die rotierende elektrische Maschine als Stellantrieb, der den beweglichen Kontakt 203 beschleunigt. Abhängig vom gewünschten Bewegungsprofil kann der Beschleunigungsphase eine Zwischenphase folgen, in der die rotierende elektrische Maschine 201 den beweglichen Kontakt 203 nicht antreibt, sondern in der der bewegliche Kontakt 203 seine Bewegung aufgrund der Trägheitskraft fortsetzt. Gegen das Ende des Hubs tritt der bewegliche Kontakt 203 in eine Verzögerungsphase ein, in der der bewegliche Kontakt 203 verlangsamt wird. In dieser Verzögerungsphase kann die rotierende elektrische Maschine 201 als Generator betrieben werden, wodurch die Bewegungsenergie des beweglichen Kontakts in elektrische Energie umgewandelt wird, welche direkt oder über die Steuereinheit 205 in die Energieversorgungseinheit 204 oder in eine Energiespeichereinheit zurückübertragen werden kann. Dies wird in 2 durch die doppelseitigen Pfeile und den gestrichelten Pfeil von der rotierenden elektrischen Maschine 203 zur Energieversorgungseinheit 204 dargestellt.
Wahlweise kann die elektrische Energie in ohmsche Vorrichtungen bzw. Elemente abgeleitet werden, wodurch die Bewegungsenergie des beweglichen Kontakts in Wärme umgewandelt wird. Durch das Abbremsen des beweglichen Kontakts auf diese Weise wird die Notwendigkeit mechanischer Dämpfer umgangen.
Mittels der Steuereinheit 205 können die Dauer der Beschleunigungsphase, der Zwischenphase und der Verzögerungsphase im Einzelnen gesteuert werden. Bei manchen Öffnungs- oder Schließvorgängen kann zum Beispiel die Zwischenphase ausgelassen werden, wodurch die Verzögerungsphase sofort auf die Beschleunigungsphase folgt. Bei anderen Vorgängen kann es zwei oder mehr durch Zwischenphasen getrennte Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsphasen geben.
Die rotierende elektrische Maschine 201 kann jede Art von herkömmlicher rotierender elektrischer Maschine sein, wie ein Schrittmotor, ein Wechselstrommotor vom Induktionstyp oder ein Wechselstrommotor vom synchronen Typ wie beispielsweise ein Reluktanzmotor, ein Gleichstrommotor, ein Wechselstrom- oder Gleichstrom-Permanentmagnetmotor. Bei der Nutzung einer standardmäßigen herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine kann die Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung extrem kostengünstig hergestellt werden. Um jedoch die strengen Voraussetzungen mancher Schaltanwendungen, besonders in Hochspannungs-Leistungsschalter-Anwendungen, zu erfüllen, muss die herkömmliche elektrische Maschine auf eine besondere Weise betrieben werden. Dies wird im folgenden veranschaulicht.
Eine Vorrichtung, die einer Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung dem Anschein nach ähnlich ist, ist ein herkömmlicher Elektromotor, der einen Trennschalter betreibt. Ein Trennschalter ist eine elektrische Vorrichtung, die in offener Stellung einen isolierenden Abstand in einem elektrischen Netz bietet. Der Trennschalter kann vernachlässigbare Ströme schalten, z.B. Ströme mit Werten ≤ 0.5 Ampere (A), aber er kann im Gegensatz zu Schaltvorrichtungen wie Lastschaltern und Leistungsschaltern keine Lastströme schalten oder unterbrechen, die unter normalen oder abnormalen Bedingungen im Netz vorkommen. Ein Lastschalter muss zumindest Lastströme unter normalen Netzbedingungen schalten und unterbrechen können. Ein Leistungsschalter muss zusätzlich Ströme schalten und unterbrechen können, die unter bestimmten abnormalen Bedingungen auftreten, z.B. Anschlussfehler, Abstandskurzschlüsse, gegenphasiges Schalten, Unterbrechen von kleinen induktiven Strömen und Schalten von kapazitiven Strömen, was alles Fehlerarten sind, die einem Fachmann wohlbekannt sind. Alle diese Fehlerarten erfordern es, dass der Leistungsschalter bald nach der Entdeckung des Fehlers schnell arbeitet. Daher muss bei der Anwendung in Mittel- und Hochspannungsschaltvorrichtungen eine große Menge von mechanischer Arbeit in einer sehr kurzen Zeitspanne verrichtet werden. Während ein Öffnungs- oder Schließvorgang eines motorbetriebenen Trennschalters mehrere Sekunden dauert, muss der Öffnungs-/Schließvorgang einer Schaltvorrichtung in wenigen ms vor sich gehen. Zum Beispiel in einer Hochspannungs-Leistungsschalter-Anwendung muss die Betriebsvorrichtung in der Lage sein, bis zu 2000 Joule pro Pol innerhalb von 15 ms an den Leistungsschalter zu liefern. Die Anforderungen an eine Betriebsvorrichtung, die einen Trennschalter betreibt sind daher in keiner Weise vergleichbar mit den Anforderungen an eine Betriebsvorrichtung, die einen Lastschalter oder Leistungsschalter betreibt.
Ein herkömmlicher elektrischer Motor in einer herkömmlichen Anwendung wird normalerweise nicht für Zeitspannen unter 0,5 ms betrieben. Ebenso wenig wird ein herkömmlicher elektrischer Motor in einer herkömmlichen Anwendung mit einer Stromdichte in den Ankerwicklungen betrieben, die 5–10A/mm² überschreitet. Wenn dem so wäre, würde der elektrische Motor aufgrund der vom Strom in den Wicklungen erzeugten Wärme beschädigt werden. In einer rotierenden elektrischen Maschine in einer Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung werden jedoch Ankerwicklungs-Stromdichten von mehr als 50–200A/mm² genutzt, da diese Stromdichten nötig sind, um den Anforderungen gerecht zu werden, die an eine Betriebsvorrichtung, die eine Schaltvorrichtung betreibt, gestellt sind. Es ist möglich, in einer Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung eine herkömmliche rotierende elektrische Maschine zu verwenden, da die rotierende elektrische Maschine nie für längere Zeitspannen als 40–60 ms arbeiten muss. Vorzugsweise wird eine rotierende elektrische Maschine in einer Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung jedoch dem folgenden entsprechend angepasst.
Um die Anforderungen an eine Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wird nachstehend eine etwas vereinfachte theoretische Beschreibung der Kräfte gegeben, die auf eine rotierende elektrische Maschine während eines Öffnungs- oder Schließvorgangs der Betriebsvorrichtung wirken. Die Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 3 gegeben, wobei die folgenden Notationen verwendet werden:

J [kgm²]: Trägheitsmoment der Scheibe, welche den beweglichen Kontakt darstellt
J_m [kgm²]: Trägheitsmoment des Rotors, der die rotierende elektrische Maschine darstellt
f [N/m²]: konstante Oberflächenkraftdichte des Rotors
R [m]: Radius des Rotors
l [m]: Länge des Rotors
ρ [kg/m³]: Dichte des Rotors
φ [rad]: Drehwinkel des Rotors
θ [rad]: Drehwinkel der Scheibe
μ_m[Nm]: konstantes, von der rotierenden elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment
μ [Nm]: konstantes Drehmoment, das auf die Scheibe wirkt, die die Schaltvorrichtung darstellt
E [J]: Energie, die an die Scheibe übertragen wird, die den beweglichen Kontakt zur Zeit t darstellt
J: Joule
m: Meter
s: Sekunde
N: Newton
kg: Kilogramm
rad: Radiant

3 zeigt schematisch eine Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine, die eine Schaltvorrichtung über eine kinetische Kopplung 301 betreibt, welche eine Getriebevorrichtung umfasst, die ein Übersetzungsverhältnis von 1:α hat. Die rotierende elektrische Maschine wird schematisch durch einen zylinderförmigen Rotor 302 dargestellt. Der Rotor hat einen Radius von R, eine Länge von l und eine Dichte von ρ. Das Trägheitsmoment des Rotors ist:
Unter der Annahme eines konstanten Drehmoments ist das von der rotierenden drehenden Maschine erzeugte Drehmoment: μm = 2πR2lf (2)
Hier ist f die Oberflächenkraftdichte, die auf die Oberfläche des Rotors in tangentialer Richtung wirkt. Die Schaltvorrichtung wird schematisch durch eine Scheibe 303 dargestellt, und durch Drehen der Scheibe 303 wird der bewegliche Kontakt der Schaltvorrichtung betätigt. Die Scheibe 303 hat ein Trägheitsmoment J, welches das Trägheitsmoment des beweglichen Kontakts der Schaltvorrichtung darstellt. Das Trägheitsmoment der mechanischen Kopplung 301 ist in das Trägheitsmoment J der Scheibe 303 eingebunden.
Angenommen, der Drehwinkel des Rotors 302 ist φ und der Drehwinkel der Scheibe 303 ist θ, dann wird die Beschleunigung der Scheibe 303 bestimmt durch die Gleichung:
Die Beschleunigung des Rotors 302 wird bestimmt durch die Gleichung:
Hier bedeuten die doppelten Punkte über dem θ und dem φ „zweite zeitliche Ableitung von", und der einfache Punkt über dem φ bedeutet „erste zeitliche Ableitung von".
Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die gesamte vom Rotor 302 abgegebene Energie in kinetische Energie der Scheibe 303 umgewandelt wird. Dann ist die auf die rotierende Scheibe übertragene Energie:
Dies in Gleichung (8) eingesetzt ergibt:
Da der Ausdruck unter der Wurzel größer oder gleich 0 sein muss, folgt:
Gleichung (13) gibt damit die minimale konstante Oberflächenkraftdichte des Rotors an, die nötig ist, um die Energie E auf den beweglichen Kontakt in der Zeitspanne t zu übertragen.
Für einen typischen, großen Hochspannungsleistungsschalter muss der bewegliche Kontakt eine Geschwindigkeit von grob 9 m/s innerhalb der Zeitspanne von 15 ms erlangen. Da die Masse des beweglichen Kontakts etwa 20 kg ist, ist die im beweglichen Kontakt (in der Scheibe) gespeicherte Energie damit etwa:
Unter der Annahme, dass der Rotor eine Länge von 20 cm hat und eine Dichte von 7900 g/cm³ (magnetisches Eisen), beträgt die minimale Oberflächenkraftdichte, die benötigt wird, um die beweglichen Kontakte eines Dreipol-Hochspannungs-Leistungsschalters in 15 ms auf 9 m/s zu beschleunigen, nach Gleichung (13) etwa:
Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die erforderliche Oberflächenkraftdichte eines Motors, der einen Trennschalter betreibt, sehr viel kleiner als 0.4 N/mm² ist.
Herkömmliche Elektromotoren in herkömmlichen Anwendungen, wie ein Motor, der einen Trennschalter betreibt, können nur eine Oberflächenkraftdichte in der Größenordnung von 0.05 N/mm² erzeugen. Dies ist der Fall, weil ein herkömmlicher Elektromotor in einer herkömmlichen Anwendung dafür ausgelegt sein muss, für längere Zeitspannen als 1 Sekunde betrieben zu werden und weil thermische Entwicklungskriterien es erfordern, dass die elektrische Last der Anker 100 A/cm nicht überschreitet.
Bei einem elektrischen Motor, der eine gegebene Oberflächenkraftdichte erzeugen kann, kann die vom Motor erzeugte Energie vergrößert werden, wenn die Länge des Rotors vergrößert wird. In Tabelle 1 werden die zum Betrieb von Leistungsschaltern verschiedener Größen erforderlichen genäherten Energiewerte gezeigt, zusammen mit der Rotorlänge l, die zum Erzeugen dieser Energien nötig sind unter der Annahme, dass der herkömmliche Elektromotor eine Oberflächenkraft von 0.05 N/m² erzeugen kann. Die Rotorlängen werden durch Anwendung von Gleichung 13 abgeschätzt und die Zeitdauer t des Vorgangs wird mit 15 ms angenommen. Ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt sind die Oberflächenkräfte f, die erzeugt werden müssen, unter der Annahme, dass der Rotor der rotierenden elektrischen Maschine nicht länger als 0.2m sein soll.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich wird, ist es bis zu etwa 36kV theoretisch möglich, herkömmliche Elektromotoren zum Betrieb von Leistungsschaltern zu benutzen. In elektrischen Netzen mit einer Nennspannung über 36 kV ist es jedoch weder technisch noch wirtschaftlich möglich, solche Motoren zu benutzen, da die Rotoren extrem lang sein müssen. Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, ergibt sich aus Gleichung 13, dass eine rotierende elektrische Maschine mit einer Rotorlänge von 0.2 m eine Oberflächenkraft in der Größenordnung von ≈ 0.4 N/mm² erzeugen muss, um einen Leistungsschalter mit 2500J in 15s zu versorgen. Für noch größere Leistungsschalter kann eine Oberflächenkraft von bis zu 0.5 N/mm² erforderlich sein. Daher sollte die Oberflächenkraft einer rotierenden elektrischen Maschine, die in einer Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung enthalten ist, in der Größenordnung von 0.05–0.5 N/mm², und vorzugsweise 0.05–0.75N/mm² sein.
In einer rotierenden elektrischen Maschine, die in einer Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung enthalten ist, ist es möglich, Oberflächenkraftdichten in der Größenordnung von 0.5 N/mm² zu erhalten, da die Vorrichtung nicht für Zeitspannen über 1 s betrieben werden muss. Dies bedeutet, dass die rotierende elektrische Maschine entwickelt werden kann, ohne thermische Entwicklungskriterien beachten zu müssen, und damit kann in einer solchen Maschine eine Flächenstromdichte von bis zu 5000 A/cm zugelassen werden, was höher ist als das, was in herkömmlichen elektrischen Motoren in herkömmlichen Anwendungen zulässig ist. Durch eine Erhöhung der Flächenstromdichte kann die Oberflächenkraftdichte auf die Werte erhöht werden, die zum Betrieb des Lastschalters oder Leistungsschalters erforderlich sind. Daher sollte die Flächenstromdichte einer rotierenden elektrischen Maschine, die in einer Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung enthalten ist, in der Größenordnung von 500–5000 A/cm, und vorzugsweise bei 500–15000 A/cm liegen.
Es ist selbstverständlich, dass die Betriebsvorrichtung gemäß der Erfindung zum Betrieb von Schaltvorrichtungen mit drei Polen wie auch mit einem Pol genutzt werden kann.

Claims

Betriebsvorrichtung (200) zum raschen Betreiben einer Umschaltvorrichtung für eine mittlere Spannung oder eine hohe Spannung, welche mindestens einen mobilen Kontakt aufweist, umfassend eine rotierende elektrische Maschine (201, 302), welche betriebsfähig mit dem mindestens einen mobilen Kontakt (203, 303) verbunden ist, und eine elektrische Energieversorgungseinheit (204), wobei die Betriebsvorrichtung weiter umfasst, eine Steuereinheit (205), so dass ein Betriebszyklus einen ersten Teil beinhaltet, in welchem der bewegliche Kontakt beschleunigt wird, indem elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, gekennzeichnet durch einen zweiten Teil, in welchem der bewegliche Kontakt verzögert wird, indem mechanische Energie in elektrische Energie zur Speicherung in der Energieversorgungseinheit (204) umgewandelt wird.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil einen dazwischenliegenden Teil umfasst, wo der mobile Kontakt (203, 303) seine Bewegung aufgrund der Trägheitskraft fortsetzt.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine (201, 302) irgendeine ist aus: einem Wechselstrommotor vom Induktionstyp, einem Wechselstrommotor vom synchronen Typ, einem Gleichstrommotor, einem Wechselstrom-Permanentmagnetmotor, einem Gleichstrom-Permanentmagnetmotor oder einem Schrittmotor.
Betriebsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine (201, 302) betriebsfähig mit dem mindestens einen mobilen Kontakt (203, 303) über eine mechanische Kopplung (202, 301) verbunden ist.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung (202, 301) eine Getriebevorrichtung umfasst.
Betriebsvorrichtung gemäß gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher- oder Energieversorgungseinheit (204) irgendeine ist aus: einem Netzwerk, einer Batterie, einem Satz von Kondensatoren oder einem Satz von Superkondensatoren.
Betriebsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine (201, 302) den mindestens einen mobilen Kontakt (203, 303) bei Empfangen von Steuerungssignalen (208) von der Steuereinheit (205) betreibt.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsvorrichtung Mittel umfasst, wobei Information (210) über den Zustand des elektrischen Netzwerkes oder Information (209) von einem Betreiber an die Steuereinheit (205) übertragen wird.
Betriebsvorrichtung gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (205) ein Datenspeichermittel und ein Datenverarbeitungsmittel umfasst.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Bewegungsprofilen in dem Datenspeichermittel gespeichert sind und dass bei einem Öffnungs- oder Schließvorgang durch das Datenverarbeitungsmittel ein geeignetes Bewegungsprofil gewählt wird, basierend auf Information (210) über den Zustand des elektrischen Netzwerkes.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Information über die Position, Beschleunigung, Drehmoment und/oder Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine (201, 302) an die Steuereinheit (205) mittels einer ersten Rückkopplungs-Schleife (208) übertragen wird.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Information über die Position, Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit des mobilen Kontakts (202) an die Steuereinheit (205) mittels einer zweiten Rückkopplungs-Schleife (207) übertragen wird.
Betriebsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine während einem Öffnungs- oder Schließvorgang durch einen Algorithmus kontinuierlich gesteuert wird, der in dem Datenverarbeitungsmittel implementiert ist, und dass die Eingabe an den Algorithmus irgendeine ist von: Information (210) über den Zustand des elektrischen Netzwerkes oder Information (209) von einem Betreiber, Information über die Position, Beschleunigung, Drehmoment und/oder Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine (201, 302), welche an die Steuereinheit (205) mittels der ersten Rückkopplungs-Schleife (206) übertragen wird, oder Information über die Position, Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit des mobilen Kontakts (202), welche an die Steuereinheit (205) mittels der zweiten Rückkopplungs-Schleife (207) übertragen wird.
Betriebsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine (201, 302) eine Oberflächen-Kraftdichte in dem Bereich 0,05–0,75 N/mm² erzeugt.
Betriebsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine (201, 302) eine Flächenstromdichte in dem Bereich 500–15000 A/cm aufweist.
Betriebsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine (201, 302) Ankerwicklungs-Stromdichten aufweist, die 50–200 A/mm² überschreiten.
Verfahren einer raschen Öffnungs- oder Schließbewegung einer Umschaltvorrichtung für eine mittlere Spannung oder eine hohe Spannung, welche mindestens einen mobilen Kontakt (203, 303) und eine Betriebsvorrichtung (200) aufweist, welche eine rotierende elektrische Maschine (201, 302) in betriebsfähiger Verbindung mit dem mindestens einen mobilen Kontakt und eine Energieversorgungseinheit (204) einschließt, umfassend Beschleunigen, unter einem ersten Teil der Bewegung, des beweglichen Kontakts durch Umwandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie, gekennzeichnet durch Verzögern, unter einem zweiten Teil, des beweglichen Kontakts durch Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie und Speichern der umgewandelten elektrischen Energie in der Energieversorgungseinheit.
Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des mobilen Kontakts, zusätzlich zu dem Beschleunigungsteil und Verzögerungsteil, dazu gebracht wird, um einen dazwischenliegenden Teil zu umfassen, wo der mobile Kontakt (203, 303) seine Bewegung aufgrund der Trägheitskraft fortsetzt.
Verwendung einer Betriebsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–16, oder Verwendung eines Verfahrens gemäß irgendeinem der Ansprüche 17–18 in einem Übertragungs- oder Verteilungsnetzwerk für eine hohe Spannung oder eine mittlere Spannung.