EP1098332B1 - Schneller strombegrenzender Schalter - Google Patents

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EP1098332B1
EP1098332B1 EP00810942A EP00810942A EP1098332B1 EP 1098332 B1 EP1098332 B1 EP 1098332B1 EP 00810942 A EP00810942 A EP 00810942A EP 00810942 A EP00810942 A EP 00810942A EP 1098332 B1 EP1098332 B1 EP 1098332B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
switch according
switching point
housing
current
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP00810942A
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English (en)
French (fr)
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EP1098332A2 (de
EP1098332A3 (de
Inventor
Klaus Prof. Dr. Fröhlich
Walter Holaus
Kurt Dr. Kaltenegger
Michael Steurer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of EP1098332A2 publication Critical patent/EP1098332A2/de
Publication of EP1098332A3 publication Critical patent/EP1098332A3/de
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Publication of EP1098332B1 publication Critical patent/EP1098332B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
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    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
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    • H01H3/222—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
    • H01H2003/225—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion with coil contact, i.e. the movable contact itself forms a secondary coil in which the repulsing current is induced by an operating current in a stationary coil
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/543—Contacts shunted by static switch means third parallel branch comprising an energy absorber, e.g. MOV, PTC, Zener
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/161—Variable impedances
    • H01H2033/163—Variable impedances using PTC elements

Definitions

  • the invention is based on a current-limiting switch according to the preamble of patent claim 1.
  • Such current-limiting switches can be used in the high or medium voltage range as a generator switch, as a tie switch between busbar sections in switchgear, as a DC switch or in meshed networks to reduce operating losses.
  • the invention relates to a prior art of current-limiting switches reference, such as in the not yet published European application EP application no. 98811251.2 is described.
  • This switch has a fast mechanical switching point with galvanic contacts and two commutation paths connected in parallel.
  • a first switching device and a disconnecting switching point are arranged in series
  • a current limiter and a second switching device are connected in series.
  • the current limiter is designed in such a way that current conducted by it, which is commutated from the first to the second commutation path when the first switching device is opened, is delimited with a time delay.
  • this time delay can be on the two Kommut réellespfaden no Build over voltage and can be formed at the same time in the first Kommut réellespfad a surge proof separation path.
  • the object of the invention is to provide a current-limiting switch of the type mentioned, which thanks to its special, space-saving design and low moving mass due to a quick on and off in high and medium voltage range allows.
  • the current-limiting switch according to the invention has three paths arranged parallel to one another, two of which contain a mechanical switching point.
  • One of these mechanical switching points is designed for guiding and switching of rated current, while the other is traversed by a commutated current briefly and impulsively only in case of switching.
  • the contact arrangements of the mechanical switching points are axially symmetrical and arranged coaxially. Thanks to short, coaxial copper connections, very small leakage inductances result, which enables a very rapid commutation of the currents.
  • the third path of the switch according to the invention also contains a mechanical switching point with a coaxially arranged contact arrangement, a series separator connected in series with conventional current-limiting switches is unnecessary.
  • the contact arrangements have different diameters and if they are arranged one inside the other, the extent of the switch in the axial direction is reduced. As a result, the dimensions of a housing can be reduced, in which the contact arrangements are arranged to be protected, for example against dust or other disturbing influences.
  • Particularly advantageous is the arrangement of the contact arrangements in a pressure-resistant housing, which is filled for example with an insulating gas at atmospheric or higher pressure, which has a favorable effect on the dielectric property of the contact arrangement.
  • the housing contains two electrically conductive, mutually insulated parts, the rated current can be fed directly via these housing parts to the connections of the rated current switching point. Expensive nominal current feedthroughs through the housing are thus eliminated. If the switching points contain a fast drive for opening and closing the contact arrangement, different algorithms for opening and / or closing the switch, which correspond to operational requirements, can be implemented.
  • the circuit shown in Fig. 1 is a single-phase basic circuit of a medium-voltage network simulating test apparatus with a first Embodiment of a current-limiting switch S according to the invention.
  • the test apparatus comprises a generator Q which simulates a mains voltage U N of a few 10 kV, the switch S and a load L simulated by an ohmic resistor R L and an inductance L L.
  • a short-circuit current detection unit E is connected between the generator Q and the switch S, which contains a measuring and evaluation section for the very rapid detection of short-circuit currents of up to several 10 kA.
  • the switch S has a rated current switching point S 1 lying in the current path from the generator Q to the load L. Parallel to the rated current switching point S 1 , two commutation paths P 1 and P 2 are connected.
  • the first commutation path P 1 contains a disconnection switching point S T and a power electronic switching device T with a diode bridge D 1 , D 2 , turn-off power semiconductors H, for example GTO, and a surge arrester M.
  • the diode bridge allows switching of alternating currents both positive and negative Polarity without antiparallel switched power semiconductors.
  • the second commutation path P 2 contains, connected in series, a disconnection switching point S A and a current limiter R B , which is delayed in response to a current and, for example, designed as a PTC resistor.
  • the switch-off switching point can be formed as semiconductor switch H A with antiparallel-connected, turn-off power semiconductors, for example GTOs, or a galvanically isolating, mechanical contact arrangement K A , preferably a vacuum switch.
  • the switching points S 1 and S T of the switch according to FIG. 1 each have a contact arrangement K 1 and K T which opens very rapidly, within less than 100 ⁇ s.
  • the contact arrangement K 1 of the rated current switching point S 1 is formed arc-resistant.
  • the two contact arrangements K 1 and K T of the switching points S 1 and S T are arranged in a housing G.
  • the two contact arrangements K 1 and K T of the switching points S 1 and S T via a terminal 1, a first housing part 10 and Primary leads 11 and 12 connected.
  • the nominal current switching point S 1 is connected to the terminal 2 via a secondary supply line 21 and a second housing part 20.
  • the isolating switching point S T of the first commutation path P 1 is connected via a secondary supply lines 31, which is guided with a passage 5 through the housing G, and via a terminal 3 with the power electronic switching device T.
  • the contact arrangements K 1 and K T of the two switching points S 1 and S T and the switch-off switching point S A are closed or conductive.
  • the detection unit E triggers a switch-off process on the current-limiting switch S within approximately 100 ⁇ s.
  • the semiconductor elements H located in the first commutation path P 1 are made conductive immediately.
  • the Kontakanowski needle K 1 of the rated current switching point S 1 is opened. Due to two arcs formed in series, the still increasing short-circuit current commutes within approximately 150 ⁇ s into the first commutation path P 1 .
  • the semiconductor elements H remain conductive until the contact arrangement K 1 of the nominal current switching point S 1 reaches a dielectric strength which is greater than the dielectric strength across the semiconductor elements H. Then the short-circuit current in the first commutation path P 1 is switched off by the semiconductor elements H and commutated the second commutation path P 2 . At the same time, the contact arrangement K T of the disconnecting switching point S T is opened. During the second commutation, both a transient overvoltage due to stray inductances and an ohmic voltage drop occur at the current limiter R B.
  • the current limiter R B limits with a delay of a few 100 ⁇ s. This time delay is sufficient to complete the opening operation on the contact arrangement K 1 of the rated current switching point S 1 and the contact arrangement K T of the disconnecting switching point S T. After opening the contact arrangement K T of the separation switching point S T falls in the first Kommut réellespfad P1 practically all of the voltage applied to the switch S on the separation switch point S T from. Since the current limiter R B responds delayed, the increase of the voltage across the switch S and thus on the rated current switching point S 1 and the disconnecting point S T begins only after the contact arrangement K 1 of the rated current switching point S 1 and the contact arrangement K T of the disconnecting switching point S T are open.
  • the limited short-circuit current can be switched off during the following Stromnuildruchgang, for example, after 5 to 6 ms, by the Abschaltschaltstelle S A with very low transient recovery voltage (Transient Recovery Voltage).
  • Fig. 2 shows a possible arrangement of the first embodiment of the inventive switch.
  • the two switching points S 1 and S T are majority coaxially symmetrical arranged in a cylindrical housing G.
  • the housing G is composed of two plate-shaped, electrically conductive housing parts 10 and 20, a tubular, electrically insulating housing part 7 and two electrically insulating, gas-tight bushings 5 and 6 together.
  • the housing G is pressure-resistant and filled with a gaseous medium, for example air or SF 6 under atmospheric or higher pressure.
  • the two switching points S 1 and S T are each composed of a contact arrangement K 1 and K T with two fixed contact pieces and one movable bridge contact piece and one each independently triggerable drive for opening and / or closing the contact arrangement together.
  • the two contact arrangements K 1 and K T are arranged one inside the other, wherein the contact arrangement K 1 of the nominal current switching point S 1 , since it has a corresponding cross-section for carrying rated current, has the largest diameter and is arranged outboard.
  • the contact arrangement K T of the separation switching point S T which is briefly traversed by a commutating current only in the case of switching momentary and impulsive, has a correspondingly smaller diameter and is arranged coaxially within the contact arrangement K 1 of the rated current switching point S 1 .
  • the leads to the contact points are shown in FIG. 2 as short as possible and axially symmetrical.
  • the rated current terminals 1 and 2 are connected to the cylindrical housing G at the outer edge of the plate-shaped, electrically conductive housing parts 1 and 2 and may for example be tubular.
  • the remaining supply lines to the contact arrangements, as well as any lines for the Controls of the switching points, are advantageously performed by the center of the plate-shaped housing parts 1 and 2 out of the housing. Further feedthroughs, in particular high current and high voltage feedthroughs for the nominal current, are eliminated thanks to the integration of housing parts 1 and 2 in the nominal current path.
  • FIG. 3 shows the circuit shown in FIG. 1, with an advantageous, second embodiment of the switch S according to the invention.
  • the switch-off switching point S A comprises a likewise very rapidly opening mechanical contact arrangement K A. Together with the two contact arrangements K 1 and K T of the switching points S 1 and S T , the contact arrangement K A of the Abschaltschaltstelle S A is arranged in the housing G.
  • the switch-off switching point S A is likewise connected via the connection 1 and the first housing part 10 as well as a primary supply line 13.
  • the switch-off switching point S A is connected to the current limiter R B via a secondary supply line 41, which is routed through the housing G with a passage 6, and via a connection 4.
  • Fig. 4 of the second embodiment of the inventive switch largely corresponds to the arrangement of FIG. 2.
  • the two switching points S 1 and S T Abschaltschaltstelle S A is arranged koaxialsymmetrisch in the housing G.
  • the contact arrangement and the coils are axially symmetrical and arranged coaxially with each other.
  • the exact structure of the three switching points will be explained in more detail with reference to a section of the arrangement of FIG. 2 shown in FIG. 5.
  • the two coils 81 and 82 which belong to the drive of a switching point, in each case arranged offset on both sides of the associated, formed as a contact ring 85 bridge switching element in the axial direction.
  • the Contact ring is subjected to electrodynamic force by energy is fed from the power electronic control unit in the corresponding coil.
  • the contact ring can be moved in the axial direction between the two coils 81 and 82 back and forth and thereby open the contact assembly and close again.
  • In the closed state of the contact arrangement of the contact ring 85 is fitted between the two fixed contact pieces 84 and closes this short.
  • In the open position of the contact arrangement of the contact ring 85 is held by a holding part 83.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem strombegrenzenden Schalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Solche strombegrenzende Schalter können im Hoch- oder Mittelspannungsbereich als Generatorschalter, als Kuppelschalter zwischen Sammelschienenabschnitten in Schaltanlagen, als Gleichstromschalter oder in vermaschten Netzen zur Verringerung der Betriebsverluste eingesetzt werden.
    • STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von strombegrenzenden Schaltern bezug, wie er etwa in der noch nicht veröffentlichten europäischen Anmeldung EP Anmelde-Nr. 98811251.2 beschrieben ist. Dieser Schalter weist eine schnelle mechanische Schaltstelle mit galvanischen Kontakten und zwei parallel dazu geschaltete Kommutierungspfade auf. Im ersten Kommutierungspfad sind in Serie eine erste Schaltvorrichtung und eine Trennschaltstelle angeordnet, im zweiten Kommutierungspfad sind ein Strombegrenzer und eine zweite Schaltvorrichtung in Serie geschaltet. Der Strombegrenzer ist derart ausgebildet, dass von ihm geführter Strom, welcher beim Öffnen der ersten Schaltvorrichtung vom ersten in den zweiten Kommutierungspfad kommutiert ist, zeitlich verzögert begrenzt wird. Während dieser Zeitverzögerung kann sich über den beiden Kommutierungspfaden keine Überspannung aufbauen und kann zugleich im ersten Kommutierungspfad eine überspannungsfeste Trennstrecke gebildet werden.
    • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher dank seines speziellen, platzsparenden Aufbaus und der geringen bewegten Masse wegen ein schnelles Ein- und Ausschalten im Hoch- und Mittelspannungsbereich ermöglicht.
  • Der strombegrenzende Schalter nach der Erfindung weist drei parallel zueinander angeordnete Pfade auf, von denen zwei eine mechanische Schaltstelle enthalten. Die eine dieser mechanischen Schaltstellen ist zum Führen und Schalten von Nennstrom ausgelegt, während die andere lediglich im Schaltfall kurzzeitig und impulsartig von einem kommutierten Strom durchflossen wird. Die Kontaktanordnungen der mechanischen Schaltstellen sind axialsymmetrisch ausgebildet und koaxial angeordnet. Dank kurzen, koaxialen Kupferverbindungen ergeben sich sehr kleine Streuinduktivitäten, wodurch eine sehr schnelle Kommutierung der Ströme ermöglicht wird.
  • Enthält auch der dritte Pfad des Schalters nach der Erfindung eine mechanische Schaltstelle mit einer koaxial angeordneten Kontaktanordnung, erübrigt sich ein bei herkömmlichen strombegrenzenden Schaltern in Serie geschalteter Serientrenner.
  • Weisen die Kontaktanordnungen unterschiedliche Durchmesser auf und sind sie ineinanderliegend angeordnet, verringert sich die Ausdehnung des Schalters in axialer Richtung. Dadurch lassen sich die Abmessungen eines Gehäuses reduzieren, in dem die Kontaktanordnungen angeordnet sind, um beispielsweise gegen Staub oder andere störende Einflüsse geschützt zu sein. Besonders vorteilhaft ist dabei die Anordnung der Kontaktanordnungen in einem druckfesten Gehäuse, welches beispielsweise mit einem Isoliergas unter atmosphärischem oder höherem Druck gefüllt ist, was sich günstig auf die dielektrische Eigenschaft der Kontaktanordnung auswirkt. Enthält das Gehäuse zwei elektrisch leitende, voneinander isolierte Teile, lässt sich der Nennstrom direkt über diese Gehäuseteile an die Anschlüsse der Nennstromschaltstelle führen. Aufwendige Nennstromdurchführungen durch das Gehäuse entfallen somit.
    Enthalten die Schaltstellen einen schnellen Antrieb zum Öffnen und Schliessen der Kontaktanordnung, können dadurch verschiedene, betrieblichen Anforderungen entsprechende Algorithmen zum Öffnen und/ oder Schliessen des Schalters implementiert werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine Ausführungsform der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    eine einphasige Grundschaltung einer ein Mittelspannungsnetz nachbildenden Prüfvorrichtung mit einer ersten Ausführungsform eines strombegrenzenden Schalters nach der Erfindung,
    Fig. 2
    eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch ein Gehäuse mit Schaltstellen des Schalters nach Fig. 1,
    Fig. 3
    eine einphasige Grundschaltung einer ein Mittelspannungsnetz nachbildenden Prüfvorrichtung mit einer zweiten Ausführungsform eines strombegrenzenden Schalters nach der Erfindung, und
    Fig. 4
    eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch ein Gehäuse mit Schaltstellen des Schalters nach Fig. 3, und
    Fig. 5
    eine Aufsicht auf einen vergrössert dargestellten Ausschnitt einer Schaltstelle des Schalters nach Fig. 4.
    WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ist eine einphasige Grundschaltung einer ein Mittelspannungsnetz nachbildenden Prüfvorrichtung mit einer ersten Ausführungsform eines strombegrenzenden Schalters S nach der Erfindung. Die Prüfvorrichtung enthält einen eine Netzspannung UN von einigen 10 kV nachbildenden Generator Q, den Schalter S und eine aus einem ohmschen Widerstand RL und einer Induktivität LL nachgebildeten Last L. Zwischen dem Generator Q und dem Schalter S ist eine Kurschlussstromerkennungseinheit E geschaltet, die einen Mess- und Auswerteteil zur sehr raschen Erkennung von Kurzschlussströmen von bis zu einigen 10 kA enthält. Der Schalter S weist eine im Strompfad vom Generator Q zur Last L liegende Nennstromschaltstelle S1 auf. Parallel zur Nennstromschaltstelle S1 sind zwei Kommutierungspfade P1 und P2 geschaltet.
  • Der erste Kommutierungspfad P1 enthält eine Trennschaltstelle ST und eine leistungselektronische Schaltvorrichtung T mit einer Diodenbrücke D1, D2, abschaltbaren Leistungshalbleitern H, beispielsweise GTO, sowie einem Überspannungsableiter M. Die Diodenbrücke erlaubt ein Schalten von Wechselströmen sowohl bei positiver als auch bei negativer Polarität ohne antiparallel geschaltete Leistungshalbleiter.
  • Der zweite Kommutierungspfad P2 enthält in Serie geschaltet eine Abschaltschaltstelle SA und einen Strombegrenzer RB, der zeitlich verzögert auf einen Strom anspricht und zum Beispiel als PTC-Widerstand ausgebildet ist. Die Abschaltschaltstelle kann als Halbleiterschalter HA mit antiparallel geschalteten, abschaltbaren Leistungshalbleitern, beispielsweise GTOs, ausgebildet sein oder eine galvanisch trennende, mechanische Kontaktanordnung KA, vorzugsweise einen Vakuumschalter, umfassen.
  • Die Schaltstellen S1 und ST des Schalters nach Fig. 1 weisen je eine sehr rasch, innerhalb weniger 100 µs, öffnende Kontaktanordnung K1und KT auf. Die Kontaktanordnung K1 der Nennstromschaltstelle S1 ist lichtbogenfest ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des Schalters nach der Erfindung sind die beiden Kontaktanordnungen K1 und KT der Schaltstellen S1 und ST in einem Gehäuse G angeordnet. Generatorseitig sind die beiden Kontaktanordnungen K1 und KT der Schaltstellen S1 und ST über einen Anschluss 1, ein erstes Gehäuseteil 10 und primäre Zuleitungen 11 und 12 angeschlossen. Lastseitig ist die Nennstromschaltstelle S1 über eine sekundäre Zuleitung 21 und ein zweites Gehäuseteil 20 mit dem Anschluss 2 verbunden. Die Trennschaltstelle ST des ersten Kommutierungspfads P1 ist über eine sekundäre Zuleitungen 31, die mit einer Durchführung 5 durch das Gehäuse G geführt ist, und über einen Anschluss 3 mit der leistungselektronischen Schaltvorrichtung T verbunden.
  • Während des Betriebs sind die Kontaktanordnungen K1 und KT der beiden Schaltstellen S1 und ST sowie die Abschaltschaltstelle SA geschlossen bzw. leitend. Beim Auftreten eines Kurzschlussstromes löst die Erkennungseinheit E am strombegrenzenden Schalter S innerhalb von etwa 100 µs einen Abschaltvorgang aus. Dabei werden sofort die im ersten Kommutierungspfad P1 liegenden Halbleiterelemente H leitend gemacht. Zugleich wird die Kontakanordnung K1 der Nennstromschaltstelle S1 geöffnet. Bedingt durch zwei dabei gebildete, in Serie geschaltete Lichtbögen kommutiert der noch ansteigende Kurzschlussstrom innerhalb von etwa 150 µs in den ersten Kommutierungspfad P1. Die Halbleiterelemente H bleiben solange leitend, bis über der Kontaktanordnung K1 der Nennstromschaltstelle S1 eine Spannungsfestigkeit erreicht wird, die grösser ist als die Spannungsfestigkeit über den Halbleiterelementen H. Dann wird der Kurzschlussstrom im ersten Kommutierungspfad P1 durch die Halbleiterelemente H abgeschaltet und kommutiert in den zweiten Kommutierungspfad P2. Gleichzeitig wird die Kontaktanordnung KT der Trennschaltstelle ST geöffnet. Bei der zweiten Kommutierung entsteht sowohl eine transiente Überspannung auf Grund von Streuinduktivitäten als auch ein ohmscher Spannungsabfall am Strombegrenzer RB.
  • Der Strombegrenzer RB begrenzt mit einer Verzögerung von einigen 100 µs. Diese Zeitverzögerung reicht aus, um den Öffnungsvorgang an der Kontaktanordnung K1 der Nennstromschaltstelle S1 und der Kontaktanordnung KT der Trennschaltstelle ST zu beenden. Nach dem Öffnen der Kontaktanordnung KT der Trennschaltstelle ST fällt im ersten Kommutierungspfad P1 praktisch die gesamte am Schalter S anstehende Spannung über der Trennschaltstelle ST ab. Da der Strombegrenzer RB verzögert anspricht, beginnt der Anstieg der Spannung über dem Schalter S und somit über der Nennstromschaltstelle S1 und der Trennschaltstelle ST erst nachdem die Kontaktanordnung K1 der NennstromschaltsteAe S1 und die Kontaktanordnung KT der Trennschaltstelle ST geöffnet sind. Der begrenzte Kurzschlussstrom kann beim folgenden Stromnuildruchgang, beispielsweise nach 5 bis 6 ms, durch die Abschaltschaltstelle SA mit sehr geringer transienten wiederkehrenden Spannung (Transient Recovery Voltage) abgeschaltet werden.
  • Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung der erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters. Die beiden Schaltstellen S1 und ST sind mehrheitlich koaxialsymmetrisch in einem zylinderförmigen Gehäuse G angeordnet. Das Gehäuse G setzt sich aus zwei plattenförmigen, elektrisch leitenden Gehäuseteilen 10 und 20, einem rohrförmig ausgebildeten, elektrisch isolierenden Gehäuseteil 7 und zwei elektrisch isolierenden, gasdichten Durchführungen 5 und 6 zusammen. Das Gehäuse G ist druckfest ausgebildet und mit einem gasförmigen Medium gefüllt, zum Beispiel Luft oder SF6 unter atmosphärischem oder höherem Druck.
  • Die beiden Schaltstellen S1 und ST setzen sich je aus einer Kontaktanordnung K1 und KT mit je zwei feststehenden Schaltstücken und je einem beweglichen Brückenschaltstück sowie aus je einem unabhängig auslösbaren Antrieb zum Öffnen und/ oder Schliessen der Kontaktanordnung zusammen.
  • Die beiden Kontaktanordnungen K1 und KT sind ineinander angeordnet, wobei die Kontaktanordnung K1 der Nennstromschaltstelle S1, da sie zum Führen von Nennstrom einen entsprechenden Querschnitt bedingt, den grössten Durchmesser hat und aussenliegend angeordnet ist. Die Kontaktanordnung KT der Trennschaltstelle ST, die nur im Schaltfall kurzzeitig und impulsartig von einem kommutierenden Strom durchflossen wird, hat einen entsprechend kleineren Durchmesser und ist koaxial innerhalb der Kontaktanordnung K1 der Nennstromschaltstelle S1 angeordnet. Die Zuleitungen zu den Kontaktstellen sind gemäss Fig. 2 möglichst kurz und axialsymmetrisch ausgebildet. Die Nennstromanschlüsse 1 und 2 sind bei dem zylinderförmigen Gehäuse G am äusseren Rand der plattenförmigen, elektrisch leitenden Gehäuseteile 1 und 2 angeschlossen und können beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein. Die übrigen Zuleitungen zu den Kontaktanordnungen, sowie allfällige Leitungen für die Steuerungen der Schaltstellen, werden mit Vorteil durch die Mitte der plattenförmigen Gehäuseteile 1 und 2 aus dem Gehäuse geführt. Weitere Durchführungen, insbesondere Hochstrom- und Hochspannungsdurchführungen für den Nennstrom, fallen dank der Einbindung der Gehäuseteile 1 und 2 in den Nennstrompfad weg.
  • Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Schaltung, mit einer vorteilhaften, zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters S. Dabei umfasst die Abschaltschaltstelle SA eine ebenfalls sehr rasch öffnende mechanische Kontaktanordnung KA. Zusammen mit den beiden Kontaktanordnungen K1 und KT der Schaltstellen S1 und ST ist die Kontaktanordnung KA der Abschaltschaltstelle SA in dem Gehäuse G angeordnet. Generatorseitig ist die Abschaltschaltstelle SA ebenfalls über den Anschluss 1 und das erste Gehäuseteil 10 sowie eine primäre Zuleitung 13 angeschlossen. Lastseitig ist die Abschaltschaltstelle SA über eine sekundäre Zuleitung 41, die mit einer Durchführung 6 durch das Gehäuse G geführt ist, und über einen Anschluss 4 mit dem Strombegrenzer RB verbunden.
  • Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters entspricht weitgehend der Anordnung nach Fig. 2. Zusätzlich zu den beiden Schaltstellen S1 und ST ist die Abschaltschaltstelle SA koaxialsymmetrisch in dem Gehäuse G angeordnet.
  • Mit dieser Ausführungsform, mit galvanischer Trennung in jedem der drei parallelen Strompfade, kann auf die Verwendung eines zusätzlichen Serientrenners verzichtet werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform des Antriebs einer Schaltstelle sieht neben einem beweglichen Brückenschaltstück, welches Teil der Kontaktanordnung der Schaltstelle ist, im wesentlichen zwei Spulen sowie eine leistungselektronische Steuereinheit vor. Die Kontaktanordnung sowie die Spulen sind axialsymmetrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet. Der genaue Aufbau der drei Schaltstellen wird anhand eines in Fig. 5 dargestellten Ausschnitts der Anordnung nach Fig. 2 genauer erläutert. Dabei sind die beiden Spulen 81 und 82, welche zu dem Antrieb einer Schaltstelle gehören, jeweils beidseits des zugehörigen, als Kontaktring 85 ausgebildeten Brückenschaltstücks in axialer Richtung versetzt angeordnet. Der Kontaktring wird mit elektrodynamischer Kraft beaufschlagt, indem aus der leistungselektronischen Steuereinheit in die entsprechende Spule Energie gespiesen wird. Der Kontaktring kann in axialer Richtung zwischen den beiden Spulen 81 und 82 hin und her bewegt werden und dabei die Kontaktanordnung öffnen und wieder schliessen. Im geschlossenen Zustand der Kontaktanordnung ist der Kontaktring 85 zwischen den beiden feststehenden Schaltstücken 84 eingepasst und schliesst diese kurz. In der geöffneten Position der Kontaktanordnung wird der Kontaktring 85 von einem Halteteil 83 festgehalten.
    • BEZEICHNUNGSLISTE
    • 1, 2
    Nennstromanschluss am Gehäuse
    3, 4
    Sekundärer Anschluss für Trennschaltstelle, Abschaltschaltstelle
    5, 6
    Durchführung der sekundären Anschlüsse
    7
    Elektrisch isolierendes Gehäuseteil
    10, 20
    Elektrisch leitendes Gehäuseteil
    11, 12, 13
    Primäre Zuleitung zu Schaltstelle
    21,31,41
    Sekundäre Zuleitung zu Schaltstelle
    81, 82
    Antriebsspulen
    83
    Halteteil
    84
    Feststehende Schaltstücke
    85
    Kontaktring
    A
    Symmetrieachse
    D1, D2
    Diodenbrücke
    E
    Kurzschlusserkennungseinheit
    G
    Gehäuse
    H
    Halbleiter
    HA
    Halbleiterschalter
    IN
    Nennstrom
    K1, KT, KA
    Kontaktanordnungen
    L
    Last
    LL
    Lastinduktivität
    M
    Überspannungsableiter
    Q
    Spannungsquelle, Generator
    RB
    Strombegrenzer
    RL
    Ohmscher Lastwiderstand
    S
    Strombegrenzender Schalter
    S1, ST, SA
    Nennstrom-, Trenn-, Abschaltschaltstelle
    T
    Leistungselektronisches Schaltvorrichtung
    UN
    Netzspannung

Claims (12)

  1. Strombegrenzender Schalter (S) mit einer eine lichtbogenfeste Kontaktanordnung (K1) enthaltende Nennstromschaltstelle (S1) und mit zwei parallel zur Nennstromschaltstelle (S1) geschalteten Kommutierungspfaden (P1, P2), von denen ein erster (P1) in Serie geschaltet eine Kontaktanordnung (KT) einer Trennschaltstelle (ST) und eine leistungselektronische Schaltvorrichtung (T) enthält und ein zweiter in Serie geschaltet eine Abschaltschaltschaltstelle (SA) und ein strombegrenzendes Element (RB) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (K1) der Nennstromschaltstelle (S1) symmetrisch bezüglich einer Achse (A) ausgebildet ist und die Kontaktanordnung (KT) der Trennschaltstelle (ST) symmetrisch be züglich derselben Achse angeordnet sind.
  2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltschaltstelle (SA) eine galvanisch trennende Kontaktanordnung (KA) aufweist und dass diese Kontaktanordnung (KA) symmetrisch bezüglich der gemeinsamen Achse (A) ausgebildet und angeordnet ist.
  3. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnungen (K1, KT, KA) der Schaltstellen (S1, ST, SA) einen unterschiedlich grossen Durchmesser haben und ineinanderliegend angeordnet sind.
  4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnungen (K1, KT, KA) der Schaltstellen (S1, ST, SA) in einem Gehäuse (G) angeordnet sind.
  5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet ist und dass die Kontaktanordnungen (K1, KT, KA) der Schaltstellen (S1, ST, SA) und das Gehäuse (G) bezüglich einer gemeinsamen Achse (A) koaxial angeordnet sind.
  6. Schalter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) druckfest ausgebildet ist.
  7. Schalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens zwei elektrisch leitende Gehäuseteile (10, 20) aufweist, die über mindestens ein drittes, elektrisch isolierendes Gehäuseteil (7) miteinander verbunden sind.
  8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrisch leitenden Gehäuseteile (10, 20) plattenförmig ausgebildet sind, und dass das elektrisch isolierende Gehäuseteil (7) rohrförmig ausgebildet und derart zwischen den plattenförmigen Gehäuseteilen (10, 20) angeordnet ist, dass die beiden plattenförmigen Gehäuseteile (10, 20) das rohrförmige Gehäuseteil (7) stimseitig begrenzen.
  9. Schalter nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame primäre Zuleitung (1, 11, 12, 13) zu den Kontaktanordnungen (K1, KT, KA) der Schaltstellen (S1, ST, SA) über ein erstes der beiden elektrisch leitenden Gehäuseteile (10) geführt ist, dass eine sekundäre Zuleitung (2, 21) zu der Kontaktanordnung (K1) der Nennstromschaltstelle (S1) über das zweite der beiden elektrisch leitenden Gehäuseteile (20) geführt ist, und dass die sekundären Zuleitungen (3, 31, 4,41) zu den Kontaktanordnungen (KT, KA) der übrigen Schaltstellen (ST, SA) durch das Gehäuse geführt sind.
  10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schaltstellen (S1, ST und SA) zum Öffnen und/ oder Schliessen der Kontaktanordnungen (K1, KT, KA) einen Antrieb enthält.
  11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb elektrodynamische Kraft erzeugt.
  12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zwei koaxial versetzt angeordnete Spulen (81, 82), einen koaxial zwischen den Spulen angeordneten, in axialer Richtung beweglichen Kontaktring (85) sowie eine leistungselektronische Steuereinheit umfasst, wobei der Kontaktring (85) im geschlossen Zustand der Schaltstelle zwei koaxial angeordnete, feststehende Kontaktstücke (84) kurzschliesst.
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