WO1992001303A1 - Process for operating a power switch - Google Patents

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WO1992001303A1
WO1992001303A1 PCT/DE1991/000482 DE9100482W WO9201303A1 WO 1992001303 A1 WO1992001303 A1 WO 1992001303A1 DE 9100482 W DE9100482 W DE 9100482W WO 9201303 A1 WO9201303 A1 WO 9201303A1
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pressure
pump cycle
pump
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PCT/DE1991/000482
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Eckard Pflaum
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker, with a hydraulic drive, which can be pressurized by an intermittently drivable hydraulic pump in a range between two pressure values, using a trigger control unit that responds to a switching signal the actuation of the switching elements at a time related to the zero crossing of the current to be switched or the applied mains voltage.
  • Such a method is described, for example, in US-A-3,555,354.
  • the purpose of the method is to keep the duration of the arc discharge between the circuit breakers of the circuit breaker as short as possible or to reliably prevent the arc from re-igniting at the time of zero current passage through a sufficient contact opening.
  • the phase angle of the current to be switched is measured via a converter.
  • the switch is actuated only on the condition that there is a period of time between the triggering time and the time of the next current zero crossing that is sufficient for the necessary opening of the switching elements of the switch.
  • Circuit breaker from the time the trigger signal is given until the time of disconnection of the contact pieces in a previous switch-off is supplied as a correction variable.
  • This method takes into account the aging-related long-term changes in the switching time. Since this correction variable is still dependent on the prevailing, short-term changing operating conditions of the switch, it is further proposed to provide the trigger control unit with further correction variables such as the temperature of the drive device, the time elapsed since the last switching operation, the supply voltage of a trigger magnet and the temperature of the winding of the release magnet.
  • the invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset in which the acceleration force made available by the switch drive is detected and taken into account as a " correction variable when determining the triggering time.
  • the object is achieved in that the hydraulic pressure for a given switching signal is derived from the period of time that has elapsed since the end of the directly preceding pump cycle and the duration of this pump cycle, and in that the trigger control unit assigns a trigger delay time to this derived pressure value and emits a trigger signal at a point in time , which is before the time of actuation of the switching elements by the tripping delay time.
  • the time that elapses from the time the trigger signal for the switch is reached until a sufficient contact opening or closing is reached depends on the acceleration force that the switch drive system provides. In the case of a hydraulic drive, this acceleration force depends primarily on the hydraulic pressure available.
  • the pressure of the hydraulic fluid normally falls due to the internal leaks in the system such as e.g. B. on valves after a certain time function.
  • a hydraulic pump which from time to time pumps hydraulic fluid into the hydraulic system against the pressure of a gas spring in the hydraulic accumulator.
  • Two pressure switches are installed in the hydraulic system to control the hydraulic pump. If the pressure drops below a minimum pressure required for the switching operation to be carried out correctly, a signal is sent to a
  • Dispensed control device that switches on the hydraulic pump. If a nominal pressure valid for the system is exceeded, a further signal is sent to the control device, whereupon the hydraulic pump is switched off. After the hydraulic pump has been switched off, there is a slow drop in pressure to the minimum pressure, whereupon the hydraulic pump is switched on again.
  • the present invention takes the path of mathematically determining the hydraulic pressure. This takes advantage of the fact that the time course of the pressure drop in the hydraulic system during a pump cycle is highly identical to the time course of the previous pump cycle. From the knowledge of the duration of the previous pump cycle and the time that has elapsed since the end of the previous pump cycle, the current hydraulic pressure can be calculated approximately, provided the time function of the pressure drop is known.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the time constant for the pressure drop in the hydraulic system is calculated from the duration of the directly preceding pump cycle of the hydraulic drive, and that the hydraulic pressure for the time of the switching signal from the period past since the end of the directly preceding pump cycle by extrapolation is determined.
  • the time constant can be calculated from the duration of a pump cycle. If the initial value of the hydraulic pressure at the beginning of the pumping cycle is known, the instantaneous hydraulic pressure can be calculated from this at any point in time within this cycle.
  • a linear interpolation of the hydraulic pressure can also be sufficiently precise under certain circumstances.
  • the invention can advantageously be designed in such a way that a signal from one or more pressure switches is used to determine the start time and / or end time of a pump cycle.
  • a pump cycle can, for example, be defined in such a way that it begins when the minimum pressure in the hydraulic system is reached and ends when the minimum pressure in the hydraulic system is reached again.
  • the start of the pump cycle can then be defined by the signal of a pressure monitoring switch, which is sent to the control device to switch on the hydraulic pump.
  • the end of the pump cycle can then be defined by the following signal from the same pressure monitoring switch which causes the hydraulic pump to be switched on again.
  • the signals of the pressure monitoring switch are fed to the trigger control device or to a control unit connected to it, where they are further processed by calculation.
  • An embodiment of the invention is also conceivable in which a pump cycle is used to determine the start time and / or end time, the signal of a sensor which detects the activity of the hydraulic pump.
  • the start of a pump cycle can be defined by the end of the activity of the hydraulic pump and the end of a pump cycle by the start of the next active phase of the hydraulic pump.
  • the method according to the invention can be designed particularly advantageously such that the sensor for detecting the activity of the hydraulic pump detects the energy consumption of the pump motor.
  • the respective hydraulic pressure depends not only on the course of the pump cycle but also on the influence of the ambient temperature on the hydraulic system, in particular on the pressure of the gas spring. If the temperature is detected anyway by a temperature sensor, this influence of the temperature can be taken into account in the calculation of the hydraulic pressure.
  • FIG. 1 A hydraulic drive system for a power switch
  • Figure 2 a diagram with the time course of the switch
  • the high-voltage circuit breaker is actuated via the drive rod 1 by means of a hydraulic drive 2.
  • the hydraulic drive 2 has a pressure chamber for the hydraulic fluid as a hydraulic accumulator.
  • the hydraulic fluid is carried by a gas spring via a movable piston 4
  • Hydraulic pump 6 can be used to pump hydraulic fluid from a reservoir 7 into the pressure chamber. Such pumping of hydraulic fluid into the pressure chamber 3 is necessary if hydraulic fluid is lost in the long term due to internal leaks in the hydraulic system, such as on moving pistons.
  • Two pressure monitoring switches 8, 9 are provided for monitoring the hydraulic pressure. One of the pressure monitoring switches sends a signal to the pressure monitoring unit 10 as soon as a certain minimum pressure has been reached in the hydraulic system. The second pressure switch emits a signal to the pressure monitoring unit 10 as soon as a certain maximum pressure in the hydraulic system is exceeded.
  • the pressure monitoring unit 10 directly controls the hydraulic pump 6.
  • the pressure monitoring unit 10 switches on the hydraulic pump 6.
  • the hydraulic pump 6 then delivers hydraulic fluid from the reservoir 7 into the pressure chamber 3 until the other pressure switch 8, 9 reaches the nominal pressure * detected in the hydraulic system and reports to the pressure monitoring unit 10.
  • the pressure monitoring unit 10 then switches off the hydraulic pump 6.
  • the piston 4 is displaced against the pressure of the gas spring 5, whereby the gas spring is tensioned.
  • the pressure in the hydraulic system repeatedly drops from the maximum pressure in the course of a pumping cycle 11 (FIG. 3) to the minimum pressure, in order to be raised to the maximum value again by actuating the hydraulic pump.
  • the internal leaks in the hydraulic system remain unchanged, if the viscosity of the hydraulic fluid does not change, the leak rate and thus also the duration of a pump cycle remains constant for a long time.
  • FIG. 3 shows a diagram of the typical time course of the hydraulic pressure (Y axis) versus time (X axis).
  • a pump cycle 11 can, for example, be defined such that its start time 12 is when the minimum pressure is reached and the end time 13 is when the minimum pressure is reached again.
  • the following example relates to the case that a switching signal occurs during the pump cycle 21 (FIG. 3).
  • the duration of a directly preceding pump cycle 11 is known, the value for the hydraulic pressure currently available can be extrapolated from the end 13 of the pump cycle 11.
  • the maximum pressure and the minimum pressure of the Hydraulic systems are fixed by the pressure monitoring switches 8, 9.
  • the functional dependency of the hydraulic pressure on time is generally known or can be easily determined.
  • the duration of each pump cycle is determined by a computing unit 15.
  • the signals that are sent from the pressure monitoring switches 8, 9 to the pressure monitoring unit 10 and from there to the computing unit 15 are used for this purpose.
  • the duration of the pump cycle is included as a parameter in the functional dependence of the hydraulic pressure on the time.
  • the computing unit 15 thus has the functional dependency of the hydraulic pressure on the time available for the directly preceding pump cycle 11. This function is used for the calculation of the hydraulic pressure for the subsequent pump cycle.
  • the computing unit 15 is able to calculate the hydraulic pressure currently available from the time that has elapsed since the start time 13 of the current pump cycle 21. This calculation assumes that no further leaks have occurred in the hydraulic system between the previous pump cycle 11 and the pump cycle 21 that is currently running. Any change in the duration of a pump cycle that may occur is taken into account in the following pump cycle when calculating the hydraulic pressure.
  • the computing unit 15 is able to calculate the hydraulic pressure currently available.
  • a time device 22 is reset to zero and started at the start signal of each pump cycle, and the elapsed time period is read out at the start signal of the following pump cycle and stored as a parameter in a memory 23.
  • the time measuring device 22 is reset to zero and started for the next pump cycle. If a switching signal occurs, the time period that has elapsed since the start of the current pump cycle is read out from the time measuring device 22 and fed to an arithmetic logic unit 24.
  • the arithmetic unit calculates from this time period and that in the memory 23 parameters with the aid of a fixed extrapolation algorithm an approximate value for the hydraulic pressure currently available. This is fed to the trigger control unit 16.
  • the trigger control unit 16 assigns the available hydraulic pressure to an expected trigger delay time 17 (FIG. 2) between the trigger pulse and the desired phase-accurate opening of the switching pieces. Further operating conditions of the circuit breaker, such as, for example, the ambient temperature or the temperature of the hydraulic fluid, can also be included as correction values.
  • the trigger control device 16 is supplied with a phase-correct signal via a voltage or current converter 18.
  • the triggering control unit 16 emits a triggering pulse to the triggering device 25 of the circuit breaker at a point in time 19 which is around the triggering delay time 17 before the desired switching point 20, for example the point in time of zero current.
  • the contact pieces of the switch are then actuated and, for example, have reached a sufficient opening at time 20 of the zero current crossing, which prevents the arc from reigniting.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

In order to make synchronous switching possible in the operation of a high-voltage power switch fitted with a hydraulic drive by means of a triggering control device (16), the available hydraulic pressure in the hydraulic drive system (2) is used as a correction factor to determine the triggering delay. The hydraulic pressure in the hydraulic system repeatedly falls within a pump cycle (12) to a minimum, to be brought up to the maximum again by pumping in hydraulic fluid from a tank (7). As the pressure drop occurs according to a certain time function, it is possible to calculate the hydraulic pressure from the time elapsed since the beginning of the cycle. This obviates the need for continuous measurement of the hydraulic pressure. The invention may be advantageously used in synchronous switches.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters Method of operating a circuit breaker
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters, insbesondere eines Hochspannungs-Leistungs- Schalters, mit einem hydraulischen Antrieb, der von einer intermittierend antreibbaren Hydraulikpumpe in einem zwischen zwei Druckwerten gelegenen Bereich druckbeaufschlagbar ist, unter Verwendung eines Auslösesteuergerätes, das auf ein Schaltsignal die Betätigung der Schaltstücke zu einem in fester Beziehung zum Nulldurchgang des zu schaltenden Stromes oder der anliegenden Netzspannung stehenden Zeitpunkt veranlaßt.The invention relates to a method for operating a circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker, with a hydraulic drive, which can be pressurized by an intermittently drivable hydraulic pump in a range between two pressure values, using a trigger control unit that responds to a switching signal the actuation of the switching elements at a time related to the zero crossing of the current to be switched or the applied mains voltage.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der US-A-3 555 354 beschrieben. Zweck des Verfahrens ist es, die Dauer der Licht- bogenentladung zwischen den Schaltstücken des Leistungsschalters möglichst gering zu halten oder zum Zeitpunkt des Stromnulldurch¬ gangs durch eine ausreichende Kontaktöffnung eine Wiederzündung des Lichtbogens sicher zu verhindern. Hierzu wird über einen Wandl die Phasenlage des zu schaltenden Stromes gemessen. Der Schalter wird nur unter der Voraussetzung betätigt, daß zwischen dem Auslösezeitpunkt und dem Zeitpunkt des nächsten Stromnull¬ durchganges ein Zeitraum zur Verfügung steht, der für die notwendige Öffnung der Schaltstücke des Schalters ausreicht.Such a method is described, for example, in US-A-3,555,354. The purpose of the method is to keep the duration of the arc discharge between the circuit breakers of the circuit breaker as short as possible or to reliably prevent the arc from re-igniting at the time of zero current passage through a sufficient contact opening. For this purpose, the phase angle of the current to be switched is measured via a converter. The switch is actuated only on the condition that there is a period of time between the triggering time and the time of the next current zero crossing that is sufficient for the necessary opening of the switching elements of the switch.
Bei dem bekannten Verfahren stehen über die benötigte Schalt¬ zeit vom Zeitpunkt der Auslösung des Schalters bis zur aus¬ reichenden Öffnung der Schaltstücke keine aktuellen Daten zur Verfügung. Die Zeit, die der Schalter zum Schalten benötigt, ändert sich durch verschiedene Alterungsvorgänge. Außerdem ist die Schaltzeit von vielen äußeren Betriebsbedingungen, wie z. B. der Temperatur des Hydrauliköls, abhängig.In the known method, no up-to-date data are available about the required switching time from the time the switch is triggered to the sufficient opening of the switching elements. The time that the switch takes to switch changes due to various aging processes. In addition, the switching time of many external operating conditions, such as. B. the temperature of the hydraulic oil, depending.
Zur Bewältigung solcher Probleme ist ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters vorgeschlagen worden, bei dem dem Auslösesteuergerät ein Meßwert des Auslöseverzuges desTo deal with such problems, a method for operating a circuit breaker has been proposed in which the tripping control unit receives a measured value of the tripping delay of the
Leistungsschalters vom Zeitpunkt der Abgabe des Auslösesignals bis zum Zeitpunkt der Trennung der Schaltstücke bei einer vorangegangenen Ausschaltung als Korrekturgröße zugeführt wird. Dieses Verfahren berücksichtigt die alterungsbedingten lang¬ fristigen Änderungen der Schaltzeit. Da diese Korrekturgröße noch von den jeweils herrschenden, kurzfristig veränderlichen Betriebsbedingungen des Schalters abhängig ist, wird ferner vorgeschlagen, dem Auslösesteuergerät als weitere Korrektur¬ größen die Temperatur der Antriebsvorrichtung, die seit der letzten Schalthandlung vergangene Zeit, die Versorgungsspannung eines Auslösemagneten sowie die Temperatur der Wicklung des Auslösemagneten zuzuführen.Circuit breaker from the time the trigger signal is given until the time of disconnection of the contact pieces in a previous switch-off is supplied as a correction variable. This method takes into account the aging-related long-term changes in the switching time. Since this correction variable is still dependent on the prevailing, short-term changing operating conditions of the switch, it is further proposed to provide the trigger control unit with further correction variables such as the temperature of the drive device, the time elapsed since the last switching operation, the supply voltage of a trigger magnet and the temperature of the winding of the release magnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die vom Schalter- antrieb jeweils zur Verfügung gestellte Beschleunigungskraft erfaßt und als "Korrekturgröße bei der Bestimmung des Auslδse- zeitpunktes berücksichtigt wird.The invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset in which the acceleration force made available by the switch drive is detected and taken into account as a " correction variable when determining the triggering time.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hydraulikdruck bei gegebenem Schaltsignal aus der seit dem Ende des direkt vorangegangenen Pumpzyklus verstrichenen Zeitspanne und der Dauer dieses Pumpzyklus abgeleitet wird und daß das Auslösesteuergerät diesem abgeleiteten Druckwert eine Auslδse- verzugszeit zuordnet und ein Auslösesignal zu einem Zeitpunkt abgibt, der um die Auslöseverzugszeit vor dem Zeitpunkt der Betätigung der Schaltstücke liegt.The object is achieved in that the hydraulic pressure for a given switching signal is derived from the period of time that has elapsed since the end of the directly preceding pump cycle and the duration of this pump cycle, and in that the trigger control unit assigns a trigger delay time to this derived pressure value and emits a trigger signal at a point in time , which is before the time of actuation of the switching elements by the tripping delay time.
Die vom Zeitpunkt des Auslösesignals für den Schalter bis zum Erreichen einer ausreichenden Kontaktöffnung oder -Schließung verstreichende Zeit ist abhängig von der Beschleunigungskraft, die das Antriebssystem des Schalters zur Verfügung stellt. Bei einem hydraulischen Antrieb hängt diese Beschleunigungskraft in erster Linie von dem zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck ab.The time that elapses from the time the trigger signal for the switch is reached until a sufficient contact opening or closing is reached depends on the acceleration force that the switch drive system provides. In the case of a hydraulic drive, this acceleration force depends primarily on the hydraulic pressure available.
Der Druck der Hydraulikflüssigkeit fällt normalerweise durch die im System befindlichen inneren Undichtigkeiten wie z. B. an Ventilen nach einer bestimmten Zeitfunktion ab.The pressure of the hydraulic fluid normally falls due to the internal leaks in the system such as e.g. B. on valves after a certain time function.
Bei einem Hydraulikantrieb für einen Leistungsschalter ist aus diesem Grunde eine Hydraulikpumpe vorgesehen, die in das Hydrauliksystem von Zeit zu Zeit Hydraulikflüssigkeit gegen den Druck einer Gasfeder im Hydraulikspeicher nachpumpt. Zur Steuerung der Hydraulikpumpe sind zwei Druckschalter im Hydrauliksystem angebracht. Beim Unterschreiten eines Minimaldrucks, der für die ordnungsgemäße Durchführung einer Schalthandlung erforderlich ist, wird ein Signal an eineFor this reason, in a hydraulic drive for a circuit breaker, a hydraulic pump is provided, which from time to time pumps hydraulic fluid into the hydraulic system against the pressure of a gas spring in the hydraulic accumulator. Two pressure switches are installed in the hydraulic system to control the hydraulic pump. If the pressure drops below a minimum pressure required for the switching operation to be carried out correctly, a signal is sent to a
Steuereinrichtung abgegeben, die die Hydraulikpumpe einschal¬ tet. Beim Überschreiten eines für das System gültigen Nenn¬ drucks wird ein weiteres Signal an die Steuereinrichtung abgegeben, woraufhin die Hydraulikpumpe abgeschaltet wird. Nach dem Abschalten der Hydraulikpumpe findet ein langsamer Druck¬ abfall bis zum Minimaldruck statt, worauf die Hydraulikpumpe ein weiteres Mal eingeschaltet wird.Dispensed control device that switches on the hydraulic pump. If a nominal pressure valid for the system is exceeded, a further signal is sent to the control device, whereupon the hydraulic pump is switched off. After the hydraulic pump has been switched off, there is a slow drop in pressure to the minimum pressure, whereupon the hydraulic pump is switched on again.
Um die voraussichtlich vom Schalter benötigte Schaltzeit bestimmen zu können, ist es wichtig, daß das Auslösesteuer¬ gerät Informationen über den augenblicklich zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck bekommt. Da es zu aufwendig ist, einen kontinuierlich messenden Drucksensor in das Hydrauliksystem einzubauen, insbesondere bestehende Schalter mit einem solchen Drucksensor nachzurüsten, wird bei der vorliegenden Erfindung der Weg beschritten, den Hydraulikdruck rechnerisch zu be¬ stimmen. Dabei wird ausgenutzt, daß der zeitliche Verlauf des Druckabfalls im Hydrauliksystem während eines Pumpzyklus mit hoher Warscheinlichkeit identisch mit dem zeitlichen Verlauf des vorangegangenen Pumpzyklus ist. Aus der Kenntnis der Dauer des vorangegangenen Pumpzyklus sowie der Zeitspanne, die seit dem Ende des vorangegangenen Pumpzyklus vergangen ist, läßt sich, sofern die zeitliche Funktion des Druckabfalls bekannt ist, der augenblickliche Hydraulikdruck nährungsweise berechnen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß aus der Dauer des direkt vorangegangenen Pumpzyklus des Hydraulikantriebes die Zeitkonstante für den Druckabfall im Hydrauliksystem berechnet wird, und daß der Hydraulikdruck für den Zeitpunkt des Schaltsignals aus der seit dem Ende des direkt vorangegangenen Pumpzyklus vergangenen Zeitspanne durch Extrapolation bestimmt wird.In order to be able to determine the switching time that is likely to be required by the switch, it is important that the triggering control device receives information about the hydraulic pressure currently available. Since it is too costly to install a continuously measuring pressure sensor in the hydraulic system, in particular to retrofit existing switches with such a pressure sensor, the present invention takes the path of mathematically determining the hydraulic pressure. This takes advantage of the fact that the time course of the pressure drop in the hydraulic system during a pump cycle is highly identical to the time course of the previous pump cycle. From the knowledge of the duration of the previous pump cycle and the time that has elapsed since the end of the previous pump cycle, the current hydraulic pressure can be calculated approximately, provided the time function of the pressure drop is known. An advantageous embodiment of the invention provides that the time constant for the pressure drop in the hydraulic system is calculated from the duration of the directly preceding pump cycle of the hydraulic drive, and that the hydraulic pressure for the time of the switching signal from the period past since the end of the directly preceding pump cycle by extrapolation is determined.
Wird beispielsweise ein exponentieller Druckabfall mit der Zeit angenommen, so läßt sich aus der Dauer eines Pumpzyklus die Zeitkonstante berechnen. Hieraus läßt sich, wenn der Anfangs¬ wert des Hydraulikdrucks zu Beginn des Pumpzyklus bekannt ist, zu jedem Zeitpunkt innerhalb dieses Zyklus der augen¬ blickliche Hydraulikdruck berechnen.If, for example, an exponential pressure drop is assumed over time, the time constant can be calculated from the duration of a pump cycle. If the initial value of the hydraulic pressure at the beginning of the pumping cycle is known, the instantaneous hydraulic pressure can be calculated from this at any point in time within this cycle.
Auch eine lineare Interpolation des Hydraulikdrucks kann unter Umständen ausreichend genau sein.A linear interpolation of the hydraulic pressure can also be sufficiently precise under certain circumstances.
Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes und/oder Endzeitpunktes eines Pumpzyklus je ein Signal eines oder mehrerer Druckschalter herangezogen wird.The invention can advantageously be designed in such a way that a signal from one or more pressure switches is used to determine the start time and / or end time of a pump cycle.
Ein Pumpzyklus kann beispielsweise so definiert sein, daß er mit dem Erreichen des Minimaldrucks im Hydrauliksystem beginnt und mit dem nächsten Erreichen dieses Minimaldrucks im Hydraulik¬ system endet. Der Beginn des Pumpzyklus kann dann durch das Signal eines Drucküberwachungsschalters definiert werden, welches zur Einschaltung der Hydraulikpumpe an die Steuerungseinrich- tung abgegeben wird. Das Ende des Pumpzyklus kann dann durch das folgende Signal derselben Drucküberwachungsschalters defi¬ niert werden, der das erneute Einschalten der Hydraulikpumpe bewirkt. Die Signale der Drucküberwachungssschalter werden zusätzlich zu der Steuereinrichtung dem Auslösesteuergerät oder einer mit dieser verbundenen Steuereinheit zugeführt, wo sie rechnerisch weiterverarbeitet werden. Es ist auch eine Ausgestaltung der Erfindung denkbar, bei der zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes und/oder Endzeitpunktes ein Pumpzyklus das Signal eines Sensors herangezogen wird, der die Aktivität der Hydraulikpumpe erfaßt.A pump cycle can, for example, be defined in such a way that it begins when the minimum pressure in the hydraulic system is reached and ends when the minimum pressure in the hydraulic system is reached again. The start of the pump cycle can then be defined by the signal of a pressure monitoring switch, which is sent to the control device to switch on the hydraulic pump. The end of the pump cycle can then be defined by the following signal from the same pressure monitoring switch which causes the hydraulic pump to be switched on again. In addition to the control device, the signals of the pressure monitoring switch are fed to the trigger control device or to a control unit connected to it, where they are further processed by calculation. An embodiment of the invention is also conceivable in which a pump cycle is used to determine the start time and / or end time, the signal of a sensor which detects the activity of the hydraulic pump.
Es kann beispielsweise der Beginn eines Pumpzyklus durch das Ende der Aktivität der Hydraulikpumpe definiert sein und das Ende eines Pumpzyklus durch den Beginn der nächsten aktiven Phase der Hydraulikpumpe. Eine solche Erfassung der Anfangs- und Endzeiten der Pumpzyklen hat den Vorteil, daß sich einFor example, the start of a pump cycle can be defined by the end of the activity of the hydraulic pump and the end of a pump cycle by the start of the next active phase of the hydraulic pump. Such a detection of the start and end times of the pump cycles has the advantage that a
Sensor für die Aktivität der Hydraulikpumpe leicht nachträglich an einem bestehenden Antriebsystem eines Leistungsschalters anbringen läßt. Dadurch können bestehende Leistungsschalter an das erfindungsgemäße Verfahren angepaßt werden.Can easily attach sensor for the activity of the hydraulic pump to an existing drive system of a circuit breaker. As a result, existing circuit breakers can be adapted to the method according to the invention.
Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren so gestalten, daß der Sensor zur Erfassung der Aktivität der Hydraulikpumpe den Energieverbrauch des Pumpenmotors erfaßt.The method according to the invention can be designed particularly advantageously such that the sensor for detecting the activity of the hydraulic pump detects the energy consumption of the pump motor.
In diesem Fall ist beispielsweise lediglich eine Strommessung in der Speiseleitung des Motors der Hydraulikpumpe zur Er¬ fassung der Anfangs- und Endzeiten der Pumpzyklen notwendig. Das Stromsignal kann leicht auf elektronische Weise in ein Signal für die Recheneinheit des Auslösesteuergerätes umgesetzt werden.In this case, for example, only a current measurement in the feed line of the motor of the hydraulic pump is necessary to record the start and end times of the pump cycles. The current signal can easily be converted electronically into a signal for the computing unit of the trigger control unit.
Der jeweilige Hydraulikdruck hängt, außer vom Verlauf des Pumpzyklus auch vom Einfluß der Umgebungstemperatur auf das Hydrauliksystem, insbesondere auf den Druck der Gasfeder, ab. Wenn die Temperatur ohnehin durch einen Temperatursensor erfaßt wird, kann dieser Einfluß der Temperatur bei der Ermittlung des Hydraulikdrucks rechnerisch berücksichtigt werden.The respective hydraulic pressure depends not only on the course of the pump cycle but also on the influence of the ambient temperature on the hydraulic system, in particular on the pressure of the gas spring. If the temperature is detected anyway by a temperature sensor, this influence of the temperature can be taken into account in the calculation of the hydraulic pressure.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei beschränkt sich die Anwendung der Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel.In the following, the invention is shown on the basis of an exemplary embodiment in a drawing and then described. The application of the invention is not limited to this illustrated embodiment.
Es zeigtIt shows
Figur 1: Ein hydraulisches Antriebssystem für eine Leistuπgs- schalter, Figur 2: ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des zu schalteFigure 1: A hydraulic drive system for a power switch, Figure 2: a diagram with the time course of the switch
Stromes, Figur 3: ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des Drucks imStream, Figure 3: a diagram with the time course of the pressure in the
Hydrauliksystem.Hydraulic system.
Der Hochspannungs-Leistungsschalter wird über die Antriebs¬ stange 1 mittels eines Hydraulikantriebes 2 betätigt. Der Hydraulikantrieb 2 weist als Hydraulikspeicher eine Druckkammer für die Hydraulikflüssigkeit auf. Die Hydraulikflüssigkeit wird über einen beweglichen Kolben 4 von einer Gasfeder mitThe high-voltage circuit breaker is actuated via the drive rod 1 by means of a hydraulic drive 2. The hydraulic drive 2 has a pressure chamber for the hydraulic fluid as a hydraulic accumulator. The hydraulic fluid is carried by a gas spring via a movable piston 4
Druck beaufschlagt, welche durch einen mit Stickstoff gefüllten Gasraum 5 gebildet ist. Durch die Hydraulikpumpe 6 kann aus einem Vorratsbehälter 7 Hydraulikflüssigkeit in die Druckkammer nachgepumpt werden. Ein solches Nachpumpen von Hydraulik- flüssigkeit in die Druckkammer 3 ist notwendig, wenn durch innere Lecks im Hydrauliksystem, wie beispielsweise an beweglichen Kolben, langfristig Hydraulikflüssigkeit verlorengeht. Zur Überwachung des Hydraulikdrucks sind zwei Drucküberwachungsschalter 8, 9 vorgesehen. Einer der Druck- Überwachungsschalter gibt an die Drucküberwachungseinheit 10 ein Signal ab, sobald ein bestimmter Minimaldruck im Hydraulik¬ system erreicht ist. Der zweite Druckschalter gibt ein Signal an die Drucküberwachungseinheit 10 ab, sobald ein bestimmter Maximaldruck im Hydrauliksystem überschritten ist. Die Druck- Überwachungseinheit 10 steuert direkt die Hydraulikpumpe 6 an. Sobald einer der Drucküberwachungsschalter 8, 9 das Unter¬ schreiten des Minimalsdrucks im Hydrauliksystem meldet, schaltet die Drucküberwachungseinheit 10 die Hydraulikpumpe 6 ein. Die Hydraulikpumpe 6 fördert daraufhin aus dem Vorrats- behälter 7 solange Hydraulikflüssigkeit in die Druckkammer 3, bis der andere Druckschalter 8, 9 das Erreichen des Nenndrucks * im Hydrauliksystem erfaßt und an die Drucküberwachungseinheit 10 meldet.. Die Drucküberwachungseinheit 10 schaltet daraufhin die Hydraulikpumpe 6 aus. Durch das Fördern von Hydraulikflüssig¬ keit in die Druckkammer 3 wird der Kolben 4 gegen den Druck der Gasfeder 5 verschoben, wodurch die Gasfeder nachgespannt wird. Auf diese Weise sinkt der Druck im Hydrauliksystem immer wieder vom Maximaldruck im Verlauf eines Pumpzyklus 11 (Figur 3) auf den Minimaldruck ab, um durch das Betätigen der Hydraulikpumpe wieder auf den Maximalwert angehoben zu werden. Unter der Voraussetzung, daß die inneren Undichtigkeiten im Hydraulik¬ system unverändert bleiben, bleibt, falls die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit sich nicht verändert, die Leckrate und damit auch die zeitliche Dauer eines Pumpzyklus über lange Zeit konstant.Pressurized, which is formed by a gas space 5 filled with nitrogen. Hydraulic pump 6 can be used to pump hydraulic fluid from a reservoir 7 into the pressure chamber. Such pumping of hydraulic fluid into the pressure chamber 3 is necessary if hydraulic fluid is lost in the long term due to internal leaks in the hydraulic system, such as on moving pistons. Two pressure monitoring switches 8, 9 are provided for monitoring the hydraulic pressure. One of the pressure monitoring switches sends a signal to the pressure monitoring unit 10 as soon as a certain minimum pressure has been reached in the hydraulic system. The second pressure switch emits a signal to the pressure monitoring unit 10 as soon as a certain maximum pressure in the hydraulic system is exceeded. The pressure monitoring unit 10 directly controls the hydraulic pump 6. As soon as one of the pressure monitoring switches 8, 9 reports that the pressure in the hydraulic system has fallen below the minimum pressure, the pressure monitoring unit 10 switches on the hydraulic pump 6. The hydraulic pump 6 then delivers hydraulic fluid from the reservoir 7 into the pressure chamber 3 until the other pressure switch 8, 9 reaches the nominal pressure * detected in the hydraulic system and reports to the pressure monitoring unit 10. The pressure monitoring unit 10 then switches off the hydraulic pump 6. By conveying hydraulic fluid into the pressure chamber 3, the piston 4 is displaced against the pressure of the gas spring 5, whereby the gas spring is tensioned. In this way, the pressure in the hydraulic system repeatedly drops from the maximum pressure in the course of a pumping cycle 11 (FIG. 3) to the minimum pressure, in order to be raised to the maximum value again by actuating the hydraulic pump. Provided that the internal leaks in the hydraulic system remain unchanged, if the viscosity of the hydraulic fluid does not change, the leak rate and thus also the duration of a pump cycle remains constant for a long time.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm den typischen zeitlichen Verlauf des Hydraulikdrucks (Y-Achse) gegen die Zeit (X-Achse) aufgetragen. Ein Pumpzyklus 11 kann beispielsweise so definiert werden, daß sein Anfangszeitpunkt 12 beim Erreichen des Minimaldrucks und der Endzeitpunkt 13 beim nächsten Erreichen des Minimaldrucks liegt.FIG. 3 shows a diagram of the typical time course of the hydraulic pressure (Y axis) versus time (X axis). A pump cycle 11 can, for example, be defined such that its start time 12 is when the minimum pressure is reached and the end time 13 is when the minimum pressure is reached again.
Treten im Laufe der Zeit in dem Hydrauliksystem zusätzliche Lecks auf, so verkürzt sich die Dauer eines Pumpzyklus, da die Hydraulikflüssigkeit schneller aus dem Hochdruckteil des Hydrauliksystems entweicht. Dies ist in dem in der Figur 3 dargestellten Diagramm bei dem dritten Pumpzyklus 14 und mit größter Wahrscheinlichkeit auch beim folgenden Zyklus der Fall.If additional leaks occur in the hydraulic system over time, the duration of a pump cycle is shortened, since the hydraulic fluid escapes faster from the high-pressure part of the hydraulic system. This is the case in the diagram shown in FIG. 3 for the third pump cycle 14 and most likely also for the following cycle.
Das folgende Beispiel bezieht sich auf den Fall, daß während des Pumpzyklus 21 (Fig. 3) ein Schaltsignal erfolgt.The following example relates to the case that a switching signal occurs during the pump cycle 21 (FIG. 3).
Ist die zeitliche Dauer eines direkt vorangegangenen Pumpzyklus 11 bekannt, so kann der Wert für den augenblicklich zur Ver- fügung stehenden Hydraulikdruck vom Ende 13 des Pumpzyklus 11 extrapoliert werden. Der Maximaldruck und der Minimaldruck des Hydrauliksystems sind durch die Drucküberwachungsschalter 8, 9 unveränderlich festgelegt. Die funktionale Abhängigkeit des Hydraulikdrucks von der Zeit ist grundsätzlich bekannt oder leicht bestimmbar. Durch eine Recheneinheit 15 wird die Dauer jedes Pumpzyklus bestimmt. Dazu dienen die Signale, die von den Drucküberwachungsschalter 8, 9 an die Drucküberwachungseinheit 10 und von dort an die Recheneinheit 15 geleitet werden. Die Dauer des Pumpzyklus geht jeweils als Parameter in die funktional Abhängigkeit des Hydraulikdrucks von der Zeit ein. Der Recheneinheit 15 steht somit die funktionale Abhängigkeit des Hydraulikdrucks von der Zeit für den jeweils direkt voran¬ gegangenen Pumpzyklus 11 zur Verfügung. Diese Funktion wird für den darauffolgenden Pumpzyklus der Berechnung des Hydraulik¬ drucks zugrunde gelegt. Die Recheneinheit 15 ist in der Lage, aus der seit dem Anfangszeitpunkt 13 des aktuellen Pumpzyklus 21 vergangenen Zeit den augenblicklich zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck zu berechnen. Bei dieser Berechnung wird vor¬ ausgesetzt, daß zwischen dem vorangegangenen Pumpzyklus 11 und dem augenblicklich durchlaufenen Pumpzyklus 21 keine weiteren Lecks in dem Hydrauliksystem entstanden sind. Jede eventuell auftretende Änderung der zeitlichen Dauer eines Pumpzyklus wird bereits in dem folgenden Pumpzyklus bei der Berechnung des Hydraulikdrucks berücksichtigt.If the duration of a directly preceding pump cycle 11 is known, the value for the hydraulic pressure currently available can be extrapolated from the end 13 of the pump cycle 11. The maximum pressure and the minimum pressure of the Hydraulic systems are fixed by the pressure monitoring switches 8, 9. The functional dependency of the hydraulic pressure on time is generally known or can be easily determined. The duration of each pump cycle is determined by a computing unit 15. The signals that are sent from the pressure monitoring switches 8, 9 to the pressure monitoring unit 10 and from there to the computing unit 15 are used for this purpose. The duration of the pump cycle is included as a parameter in the functional dependence of the hydraulic pressure on the time. The computing unit 15 thus has the functional dependency of the hydraulic pressure on the time available for the directly preceding pump cycle 11. This function is used for the calculation of the hydraulic pressure for the subsequent pump cycle. The computing unit 15 is able to calculate the hydraulic pressure currently available from the time that has elapsed since the start time 13 of the current pump cycle 21. This calculation assumes that no further leaks have occurred in the hydraulic system between the previous pump cycle 11 and the pump cycle 21 that is currently running. Any change in the duration of a pump cycle that may occur is taken into account in the following pump cycle when calculating the hydraulic pressure.
Die Recheneinheit 15 ist in der Lage, den augenblicklich zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck zu berechnen. Dazu wird beim Anfangssignal jedes Pumpzyklus eine Zeitvorrichtung 22 auf Null zurückgesetzt und gestartet und beim Anfangssignal des folgenden Pumpzyklus wird die verstrichene Zeitspanne ausge- lesen und als Parameter in einem Speicher 23 gespeichert. Gleichzeitig wird die Zeitmeßvorrichtung 22 wieder auf Null zurückgesetzt und für den nächsten Pumpzyklus gestartet. Erfolgt ein Schaltsignal, so wird aus der Zeitmeßvorrichtung 22 die seit Beginn des aktuellen Pumpzyklus verstrichene Zeit- spanne ausgelesen und einem Rechenwerk 24 zugeführt. DasThe computing unit 15 is able to calculate the hydraulic pressure currently available. For this purpose, a time device 22 is reset to zero and started at the start signal of each pump cycle, and the elapsed time period is read out at the start signal of the following pump cycle and stored as a parameter in a memory 23. At the same time, the time measuring device 22 is reset to zero and started for the next pump cycle. If a switching signal occurs, the time period that has elapsed since the start of the current pump cycle is read out from the time measuring device 22 and fed to an arithmetic logic unit 24. The
Rechenwerk berechnet aus dieser Zeitspanne und dem im Speicher 23 befindlichen Parameter mit Hilfe eines festgelegten Extra¬ polationsalgorithmus einen Näherungswert für den augenblicklich zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck. Dieser wird dem Aus¬ lösesteuergerät 16 zugeleitet. Das Auslösesteuergerät 16 ordnet dem zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck eine voraussicht¬ liche Auslöseverzugszeit 17 (Figur 2) zwischen dem Auslöse¬ impuls und der gewünschten phasengetreuen Öffnung der Schalt¬ stücke zu. Dabei können auch weitere Betriebsbedingungen des Leistungsschalters, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur oder die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit als Korrekturwerte mit einberechnet werden. Dem Auslösesteuergerät 16 wird über einen Spannungs- oder Stromwandler 18 ein phasengerechtes Signal zugeführt. Das Auslösesteuergerät 16 gibt zu einem Zeitpunkt 19, der um die Auslöseverzugszeit 17 vor dem gewünschten Schaltzeitpunkt 20, beispielsweise dem Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs liegt, einen Auslöseimpuls an die Auslöseeinrichtung 25 des Leistungsschalters ab. Daraufhin werden die Schaltstücke des Schalters betätigt und haben beispielsweise zum Zeitpunkt 20 des Stromnulldurchgangs eine ausreichende Öffnung erreicht, die ein Wiederzünden des Lichtbogens verhindert. The arithmetic unit calculates from this time period and that in the memory 23 parameters with the aid of a fixed extrapolation algorithm an approximate value for the hydraulic pressure currently available. This is fed to the trigger control unit 16. The trigger control unit 16 assigns the available hydraulic pressure to an expected trigger delay time 17 (FIG. 2) between the trigger pulse and the desired phase-accurate opening of the switching pieces. Further operating conditions of the circuit breaker, such as, for example, the ambient temperature or the temperature of the hydraulic fluid, can also be included as correction values. The trigger control device 16 is supplied with a phase-correct signal via a voltage or current converter 18. The triggering control unit 16 emits a triggering pulse to the triggering device 25 of the circuit breaker at a point in time 19 which is around the triggering delay time 17 before the desired switching point 20, for example the point in time of zero current. The contact pieces of the switch are then actuated and, for example, have reached a sufficient opening at time 20 of the zero current crossing, which prevents the arc from reigniting.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters, insbesondere eines Hochspannungs-Leistungsschalters, mit einem hydraulischen Antrieb, der von einer intermittierend antreibbaren Hydraulik¬ pumpe in einem zwischen zwei Druckwerten gelegenen Bereich druckbeaufschlagbar ist, unter Verwendung eines Auslösesteuer¬ gerätes, das auf ein Schaltsignal die Betätigung der Schalt¬ stücke zu einem in fester Beziehung zum Nulldurchgang des zu schaltenden Stromes oder der anliegenden Netzspannung stehenden Zeitpunkt veranlaßt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hydraulikdruck bei gegebenem Schaltsignal aus der seit dem Ende des direkt vorangegangenen Pumpzyklus (11) verstrichenen Zeitspanne und der Dauer dieses Pumpzyklus (11) abgeleitet wird und daß das Auslösesteuergerät (16) diesem abgeleiteten Druckwert eine Auslöseverzugszeit (17) zuordnet und ein Auslösesignal zu einem Zeitpunkt (19) abgibt, der um die Auslöseverzugszeit (17 vor dem Zeitpunkt der Betätigung der Schaltstücke liegt.1. Method for operating a circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker, with a hydraulic drive, which can be pressurized by an intermittently drivable hydraulic pump in a range between two pressure values, using a tripping control device that actuates a switching signal of the switching pieces to a point in fixed relation to the zero crossing of the current to be switched or the applied mains voltage, characterized in that the hydraulic pressure for a given switching signal from the time elapsed since the end of the directly preceding pump cycle (11) and the duration of this pump cycle (11) is derived and that the trigger control unit (16) assigns this derived pressure value a trigger delay time (17) and emits a trigger signal at a point in time (19) which is the trigger delay time (17 before the time of actuation de r contact blocks.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Dauer des direkt vorangegangenen Pumpzyklus (11) des2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that from the duration of the directly preceding pump cycle (11) of
Hydraulikantriebes (2) die Zeitkonstante für den Druckabfall im Hydrauliksystem berechnet wird, und daß der Hydraulikdruck für den Zeitpunkt des Schaltsignals aus der seit dem Ende (13) des direkt vorangegangenen Pumpzyklus (11) vergangenen Zeitspanne durch Extrapolation bestimmt wird.Hydraulic drive (2) the time constant for the pressure drop in the hydraulic system is calculated, and that the hydraulic pressure for the time of the switching signal is determined by extrapolation from the period of time that has elapsed since the end (13) of the directly preceding pump cycle (11).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes (12) und/oder Endzeit¬ punktes (13) eines Pumpzyklus (11) je ein Signal eines oder mehrerer Druckschalters (8, 9) herangezogen wird.3. The method of claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a signal from one or more pressure switches (8, 9) is used to determine the start time (12) and / or end time (13) of a pump cycle (11).
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes (12) und/oder Endzeit¬ punktes (13) eines Pumpzyklus (11) das Signal eines Sensors herangezogen wird, der die Aktivität der Hydraulikpumpe (6) erfaßt.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the signal of a sensor which detects the activity of the hydraulic pump (6) is used to determine the start time (12) and / or end time (13) of a pump cycle (11).
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sensor zur Erfassung der Aktivität der Hydraulikpumpe (6) den Energieverbrauch des Pumpenmotors erfaßt. 5. The method according to claim 4, so that the sensor for detecting the activity of the hydraulic pump (6) detects the energy consumption of the pump motor.
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