EP1376633A1 - Stromschalteinrichtung - Google Patents

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EP1376633A1
EP1376633A1 EP02405495A EP02405495A EP1376633A1 EP 1376633 A1 EP1376633 A1 EP 1376633A1 EP 02405495 A EP02405495 A EP 02405495A EP 02405495 A EP02405495 A EP 02405495A EP 1376633 A1 EP1376633 A1 EP 1376633A1
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EP
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switching
switching device
spark gap
switch
contacts
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EP02405495A
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Lutz Niemeyer
Ekkehard Schade
Klaus-Dieter Weltmann
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/045—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts for arcs formed during closing
    • 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
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/593—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for ensuring operation of the switch at a predetermined point of the ac cycle
    • 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
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle

Definitions

  • the present invention relates to a current switching device according to the preamble of claim 1, for the Use in systems for distribution and transmission electrical energy is provided.
  • the invention is based on the object of a current switching device of the type mentioned at the outset to create the not only high currents for long periods without ins Weight dropping damage can result, but also can switch high currents precisely in time.
  • the precise closing of the current switching device is done by triggering the parallel to the switching element switched spark gap.
  • the drive arrangement activated, which then the switching contacts of the switching element, which is preferably a vacuum switch from which Open position moved to the closed position.
  • the switching element which is designed for high nominal current loads, now takes over the power supply.
  • the spark gap is from relieved of a long lead of the nominal current and can therefore be structurally simpler.
  • a current switching device has a switching element 2 with a fixed switching contact 3 and a movable switch contact 4. The latter is via a switch rod indicated by dashed lines 5 connected to a drive arrangement 6.
  • the switch contacts 3, 4 are in their open position in FIG. 1 shown at a distance from each other are.
  • the switching element 2 is preferably a vacuum switch that has the advantage that the switching path of the movable switching contact 4 is short.
  • a bistable magnetic Drive used as for example from EP-A-0 883 146 or DE-C-43 04 921 is known.
  • a trigger pulse generator is for triggering the spark gap 7 9 provided that the on the basis of control commands Trigger pulses generated.
  • a transducer 11 which in In the present case, a current transformer is switched.
  • the transducer 11 On the secondary side, the transducer 11 is connected to a first one Input 12 of the drive arrangement 6 connected.
  • Latter has a second input 13 for an opening of the Switching element 2 causing control signal.
  • the mode of operation of the current switching device 1 according to FIG. 1 is as follows:
  • a control command is used to switch on a current the trigger pulse generator 9 activated, the trigger pulse generated by which the spark gap 7 is triggered.
  • To the triggering flows in the parallel current path 10 of the current switching device 1 a stream.
  • a signal is generated which is transmitted to the first Input 12 of the drive arrangement 6 is created.
  • the movable switch contact 4 of the switching element 2 is on the shift rod 5th moved from the open position to the closed position.
  • the closed switching element 2 now takes over the current from the spark gap 7.
  • the second embodiment shown in FIG distinguishes current switching device 1 only from the first embodiment shown in FIG another embodiment of the drive arrangement 6.
  • the 1 and 2 are corresponding components uses the same reference numerals.
  • the drive arrangement 6 of the current switching device 1 according to 2 has an electromagnetic switch-on drive, of which only the excitation coil 14 is shown in FIG. 2 is.
  • This excitation coil 14 is in series with the spark gap 7 switched in the parallel current path 10 and triggers at her Excitation of a switch-on of the shift rod 5.
  • to Drive arrangement 6 also includes a second excitation coil 15, which is part of an otherwise not shown electromagnetic switch-off drive forms.
  • the excitation coil 15 is connected to a control circuit 16.
  • the electromagnetic switch-off drive or in addition to this one can be dashed in FIG. 2 mechanical switch-off unit 17 provided his.
  • the mode of operation of the current switching device shown in FIG. 2 1 largely corresponds to that based on Embodiment according to FIG. 1 mode of operation explained.
  • this is done Switching on the current by triggering the spark gap 7, which allows the timing of power on to be precise to control.
  • the after triggering the spark gap 7 through the current flowing in the parallel circuit 10 becomes the trigger and possibly also to carry out the switch-on process of the switching element 2, which after closing the power supply.
  • the spark gap 7 therefore has a high only for a short time To carry electricity.

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Abstract

Die Stromschalteinrichtung (1) weist ein Schaltelement (2), vorzugsweise einen Vakuumschalter, mit einem feststehenden und einem beweglichen Schaltkontakt (3, 4) auf. Der bewegliche Schaltkontakt (4) ist mit einer als bistabiler magnetischer Antrieb ausgebildeten Antriebsanordnung (6) verbunden. Parallel zu den Schaltkontakten (3, 4) ist eine triggerbare Funkenstrecke (7) geschaltet, die in einem evakuierten oder mit einem Gas gefüllten Gefäss (8) untergebracht ist und die mit einem Triggerimpulsgenerator ((9) verbunden ist. In Serie zur Funkenstrecke (7) ist ein Messwandler (11) geschaltet, der sekundärseitig an die Antriebsanordnung (6) angeschlossen ist. Der Strom, der nach dem Triggern der Funkenstrecke (7) im letztere und den Messwandler (11) enthaltenden Parallelstrompfad (10) fliesst, löst eine Einschaltbewegung der Antriebsanordnung (6) aus. Der bewegliche Schaltkontakt (4) wird in seine Schliessstellung bewegt. Das nun geschlossenen Schaltelement (2) übernimmt die Stromführung von der Funkenstrecke (7). Der Zeitpunkt des Schliessens der Stromschalteinrichtung (1) wird durch den Zeitpunkt des Triggerns der Funkenstrecke (7) bestimmt. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromschalteinrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruches 1, die für den Einsatz in Anlagen für die Verteilung und Übertragung elektrischer Energie vorgesehen ist.
Stand der Technik
Stromschalteinrichtungen dieser Art mit zwei relativ zueinander beweglichen Schaltkontakten, die mittels einer Antriebsanordnung zwischen einer Offenstellung und einer Schliessstellung umschaltbar sind, sind bekannt, beispielsweise aus der DE-C-43 04 921. Solche Stromschalteinrichtungen sind in der Lage, hohe Ströme zu schalten und auch über längere Zeit zu führen.
Weiter sind schnell einschaltende Schalteinrichtungen zum Schalten von hohen Strömen bekannt, die eine triggerbare Entladungsstrecke aufweisen, die durch zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Elektroden festgelegt ist. Die beiden Elektroden übernehmen die Führung des Nennstromes und müssen entsprechend ausgebildet sein. Bei der in der GB-A-2 304 990 offenbarten Schalteinrichtung dieser Art sind die Elektroden von einer Triggerelektrode umgeben. Zumindest die eine Elektrode, nämlich die Kathode, besteht aus einem leicht verdampfenden Material, vorzugsweise Zink. Zum Einschalten dieser Schalteinrichtung wird durch Anlegen einer Spannung an die Triggerelektrode zwischen dieser und der Kathode ein Lichtbogen gezündet. Der dadurch entstehende, von der Kathode herrührende Metalldampf löst eine Entladung zwischen den Elektroden und damit einen Stromfluss durch die Schalteinrichtung aus. Durch den im Betrieb über die Elektroden fliessenden Nennstrom werden Metalldämpfe erzeugt, die sich nach der Stromunterbrechung im Innern der Schalteinrichtung absetzen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stromschalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die nicht nur hohe Ströme über längere Zeiträume ohne ins Gewicht fallende Beschädigungen führen kann, sondern auch hohe Ströme zeitlich präzis zu schalten vermag.
Diese Aufgabe wird mit einer Stromschalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Das zeitlich präzise Schliessen der Stromschalteinrichtung erfolgt durch Triggern der zum Schaltelement parallel geschalteten Funkenstrecke. Durch den nach dem Triggern durch die Funkenstrecke fliessenden Strom wird die Antriebsanordnung aktiviert, die dann die Schaltkontakte des Schaltelementes, das vorzugsweise ein Vakuumschalter ist, von der Offenstellung in die Schliessstellung bewegt. Das Schaltelement, das für hohe Nennstrombelastungen ausgelegt ist, übernimmt nun die Stromführung. Die Funkenstrecke wird von einer zeitlich langen Führung des Nennstromes entlastet und kann deshalb konstruktiv einfacher ausgebildet sein.
Bevorzugte Weiterausgestaltungen der erfindungsgemässen Stromschalteinrichtung bilden Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stromschalteinrichtung, und
Fig. 1
in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stromschalteinrichtung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stromschalteinrichtung 1 weist ein Schaltelement 2 mit einem feststehenden Schaltkontakt 3 und einem beweglichen Schaltkontakt 4 auf. Letzterer ist über eine gestrichelt angedeutete Schaltstange 5 mit einer Antriebsanordnung 6 verbunden. Die Schaltkontakte 3, 4 sind in der Fig. 1 in ihrer Offenstellung gezeigt, in der sie in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
Das Schaltelement 2 ist vorzugsweise ein Vakuumschalter, der den Vorteil hat, dass der Schaltweg des beweglichen Schaltkontaktes 4 kurz ist. Als Antriebsanordnung 6 wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein bistabiler magnetischer Antrieb verwendet, wie er beispielsweise aus der EP-A-0 883 146 oder der DE-C-43 04 921 bekannt ist.
Parallel zu den Schaltkontakten 3, 4 des Schaltelementes 2 ist eine Funkenstrecke 7 geschaltet, die in einem evakuierten oder mit einem Gas gefüllten Gefäss 8 untergebracht ist. Zum Triggern der Funkenstrecke 7 ist ein Triggerimpulsgenerator 9 vorgesehen, der aufgrund von Steuerbefehlen die Triggerimpulse erzeugt.
In den die Funkenstrecke 7 enthaltenden Parallelstrompfad 10 ist in Serie zur Funkenstrecke 7 ein Messwandler 11, der im vorliegenden Fall ein Stromwandler ist, geschaltet. Sekundärseitig ist der Messwandler 11 an einen ersten Eingang 12 der Antriebsanordnung 6 angeschlossen. Letztere weist einen zweiten Eingang 13 für ein, ein Oeffnen des Schaltelementes 2 bewirkendes Steuersignal auf.
Die Wirkungsweise der Stromschalteinrichtung 1 gemäss Fig. 1 ist wie folgt:
Zum Einschalten eines Stromes wird durch einen Steuerbefehl der Triggerimpulsgenerator 9 aktiviert, der Triggerimpulse erzeugt, durch die die Funkenstrecke 7 getriggert wird. Nach dem Triggern fliesst im Parallelstrompfad 10 der Stromschalteinrichtung 1 ein Strom. Im Sekundärkreis des Messwandlers 11 wird ein Signal erzeugt, das an den ersten Eingang 12 der Antriebsanordnung 6 angelegt wird. Dadurch wird in der Antriebsanordnung 6 eine Einschaltbewegung ausgelöst, wie das beispielsweise in der bereits erwähnten DE-C-43 04 921 näher beschrieben ist. Der bewegliche Schaltkontakt 4 des Schaltelementes 2 wird über die Schaltstange 5 von der Offenstellung in die Schliessstellung bewegt. Das geschlossene Schaltelement 2 übernimmt nun die Stromführung von der Funkenstrecke 7.
Zum Unterbrechen des durch das Schaltelement 2 fliessenden Stromes wird an den zweiten Eingang 13 der Antriebsanordnung 6 ein Steuersignal angelegt, das eine Ausschaltbewegung auslöst. Der bewegliche Schaltkontakt 4 wird in seine Offenstellung zurück bewegt.
Die in der Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stromschalteinrichtung 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 nur durch eine andere Ausgestaltung der Antriebsanordnung 6. In den Fig. 1 und 2 werden für sich entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Antriebsanordnung 6 der Stromschalteinrichtung 1 gemäss Fig. 2 weist einen elektromagnetischen Einschaltantrieb auf, von dem in der Fig. 2 nur die Erregerspule 14 dargestellt ist. Diese Erregerspule 14 ist in Serie zur Funkenstrecke 7 in den Parallelstrompfad 10 geschaltet und löst bei ihrer Erregung eine Einschaltbewegung der Schaltstange 5 aus. Zur Antriebsanordnung 6 gehört ferner eine zweite Erregerspule 15, die Teil eines im übrigen nicht näher dargestellten elektromagnetischen Ausschaltantriebes bildet. Die Erregerspule 15 ist an eine Steuerschaltung 16 angeschlossen. Anstelle des elektromagnetischen Ausschaltantriebes oder zusätzlich zu diesem kann eine in der Fig. 2 gestrichelt dargestellte mechanische Ausschalteinheit 17 vorgesehen sein.
Die Wirkungsweise der in der Fig. 2 gezeigten Stromschalteinrichtung 1 entspricht weitgehend der anhand der Ausführungsform gemäss Fig. 1 erläuterten Wirkungsweise.
Durch den nach dem Triggern der Funkenstrecke 7 im Parallelstromkreis 10 der Stromschalteinrichtung 1 fliessenden Strom wird die Erregerspule 14 erregt, was zur Folge hat, dass der bewegliche Schaltkontakt 4 des Schaltelementes 2 von der Offenstellung in die Schliessstellung bewegt wird. Der Strom wird nun über das geschlossene Schaltelement 2 geführt.
Zum Oeffnen des Schaltelementes 2 wird die Erregerspule 15 des Ausschaltantriebes von der Steuerschaltung 16 her erregt. Der bewegliche Schaltkontakt 4 wird in seine Offenstellung zurück bewegt. Bei der alternativen Ausführung mit einer mechanischen Ausschalteinheit 17 dient diese zum Oeffnen des Schaltelementes 2.
Bei beiden beschriebenen Ausführungsformen erfolgt das Einschalten des Stromes durch Triggern der Funkenstrecke 7, was es erlaubt, den Zeitpunkt der Stromeinschaltung präzis zu steuern. Der nach dem Triggern der Funkenstrecke 7 durch den Parallelstromkreis 10 fliessende Strom wird zur Auslösung und gegebenenfalls auch zur Durchführung des Einschaltvorganges des Schaltelementes 2 herangezogen, welches nach dem Schliessen die Stromführung übernimmt. Die Funkenstrecke 7 hat somit nur über eine kurze Zeit einen hohen Strom zu führen.
Bezugszeichenliste
1
Stromschalteinrichtung
2
Schaltelement
3
feststehender Schaltkontakt
4
beweglicher Schaltkontakt
5
Schaltstange
6
Antriebsanordnung
7
Funkenstrecke
8
Gefäss
9
Triggerimpulsgenerator
10
Parallelstrompfad
11
Messwandler
12
erster Eingang
13
zweiter Eingang
14
Erregerspule des Einschaltantriebes
15
Erregerspule des Ausschaltantriebes
16
Steuerschaltung
17
mechanische Ausschalteinheit

Claims (10)

  1. Stromschalteinrichtung mit einem Schaltelement (2), das zwei in einer Offenstellung in einem Abstand voneinander angeordnete Schaltkontakte (3, 4) aufweist, und mit einer Antriebsanordnung (6) zum Bewegen der Schaltkontakte (3, 4) relativ zueinander von der Offenstellung in eine Schliessstellung, gekennzeichnet durch eine zu den Schaltkontakten (3, 4) des Schaltelementes (2) parallel geschaltete, mittels eines Triggersignales triggerbare Funkenstrecke (7), die mit der Antriebsanordnung (6) derart wirkverbunden ist, dass die Antriebsanordnung (6) durch den nach dem Triggern der Funkenstrecke (7) durch diese fliessenden Strom aktiviert wird, um die Schaltkontakte (3, 4) in die Schliessstellung zu bewegen.
  2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecke (7) in einem evakuierten oder mit einem Gas gefüllten Gefäss (8) untergebracht ist.
  3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (2) ein Vakuumschalter ist.
  4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (2) einen feststehenden Schaltkontakt (3) und einen beweglichen Schaltkontakt (4) aufweist, der mit der Antriebsanordnung (6) antriebsverbunden ist.
  5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (6) als bistabiler magnetischer Antrieb ausgebildet ist.
  6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im parallel zu den Schaltkontakten (3, 4) liegenden, die Funkenstrecke (7) enthaltenden Parallelstromkreis (10) ein in Serie zur Funkenstrecke (7) geschalteter Messwandler (11) angeordnet ist, der sekundärseitig an die Antriebsanordnung (6) angeschlossen ist.
  7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (6) einen elektromagnetischen Einschaltantrieb zum Schliessen der Schaltkontakte (3, 4) aufweist.
  8. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Einschaltantrieb eine Erregerspule (14) aufweist, die in Serie zur Funkenstrecke (7) in den parallel zu den Schaltkontakten (3, 4) liegenden, die Funkenstrecke (7) enthaltenden Parallelstromkreis (10) geschaltet ist.
  9. Schalteinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (6) zum Oeffnen der Schaltkontakte (3, 4) einen elektromagnetischen Ausschaltantrieb mit einer an eine Steuervorrichtung (16) angeschlossenen Erregerspule (15) aufweist.
  10. Schalteinrichtung nach einem der Anspruch 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine mechanische Ausschalteinheit (17) zum Oeffnen der Schaltkontakte (3, 4).
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