WO2012080117A2 - Schaltanlage - Google Patents

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WO2012080117A2
WO2012080117A2 PCT/EP2011/072309 EP2011072309W WO2012080117A2 WO 2012080117 A2 WO2012080117 A2 WO 2012080117A2 EP 2011072309 W EP2011072309 W EP 2011072309W WO 2012080117 A2 WO2012080117 A2 WO 2012080117A2
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Jürgen MOSER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/24—Circuit arrangements for boards or switchyards

Definitions

  • Switchgear The invention relates to a switchgear for electrical
  • a medium voltage switchgear is a switchgear that is suitable for the so-called medium voltage range. This is understood to mean the voltage range between 1 kV and 52 kV.
  • a switchgear usually has a feed meh ⁇ eral outlets, a bus bar and a plurality of connection devices ⁇ Ver.
  • the connection devices serve to electrically connect the feed with one or more outlets of the switch insert. Infeed and outlets are also referred to as branches.
  • the Verbin ⁇ training institutions are usually implemented as a switch with Move ⁇ handy mechanical switch contacts. The movable mechanical switching contacts and the other associated moving parts of the switches (eg switch drive, drive rods, etc.) are subject to wear during operation. This makes it necessary these parts regularly kontrol ⁇ lose and replaced if necessary; There is a considerable maintenance.
  • the invention has for its object to provide a switchgear, in which the maintenance is reduced. This object is achieved by a switch ⁇ system according to the independent claim. Advantageous embodiments of the switchgear are specified in the dependent claims. According to the invention there is provided the switchgear, insbeson ⁇ particular a medium-voltage switchgear, with a collecting ⁇ rail and a plurality of connection means for selectively electrically connecting a supply of
  • Switchgear with one or more outlets of the switchgear.
  • the connecting devices as AC voltage DC voltage converter (AC / DC converter) are configured.
  • AC / DC converter AC voltage DC voltage converter
  • Wech sellays DC converters are realized as electronic circuits which realize the transmission of electrical energy by means of components of power electronics waiving mechanical switch. In the like AC-DC converters occurs due to lack of moving switch contacts essentially no mechanical shear wear, so that the maintenance is significantly reduced.
  • the switchgear can be designed such that the DC voltage connection of the AC-DC voltage converter is connected to the busbar. Thus, only DC voltage is applied to the busbar or DC current is transmitted. This has the advantage that only real power is übertra ⁇ gen and reactive power of the connected networks are decoupled.
  • the switchgear can also be configured such that the AC voltage connection of the AC voltage DC converter is connected to the feed or to one of the outgoing feeders. This makes it possible to shift the switchgear Wech ⁇ selströme and to control even by the AC-DC converter.
  • a conventional AC voltage switchgear which has movable mechanical Wegkon ⁇ clocks can be easily replaced.
  • the switchboard can also be designed so that Minim ⁇ least one of the AC-DC converter comprises a power path, which is free of moving mechanical switch contacts. Due to the lack of moving mechanical switching contacts occurs here advantageously hardly any mechanical wear.
  • all AC to DC voltage converters may have power paths that are free of movable mechanical switch contacts.
  • the switchgear can be realized in such a way that the AC / DC voltage converters with components of the power electronics, in particular with thyristors or IGBTs, are realized. With such devices, the power electronics ⁇ to AC DC wall ler can be realized with which considerable electrical power can be transmitted via the switchboard.
  • Figure 1 shows an embodiment of a switchgear
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an AC voltage to DC voltage converter.
  • FIG. 1 shows a switchgear 1.
  • This switch ⁇ plant 1 has a feed 3.
  • Infeed 3 is an electrical connection to which the switchgear is connected to a power supply, not shown. can be connected, for example, which provides the electrical energy to be distributed.
  • the feed 3 is electrically connected to a supply-side AC voltage to DC converter 5.
  • AC-to-DC converters are also referred to as "AC / DC converters.”
  • the AC / DC converter 5 is bidirectional This means that these AC / DC converters can convert both AC voltage into DC voltage and DC voltage into AC voltage, which is illustrated by a double arrow on the power path 82 in FIG.
  • the feed-side AC / DC converter 5 has an AC voltage connection 7 and a DC voltage connection 9.
  • the AC voltage terminal 7 is electrically connected to the feeder 3, the DC voltage terminal 9 is electrically connected to a bus bar 12.
  • the busbar 12 is electrically connected to a first drain-type AC / DC converter 15.
  • the busbar 12 is electrically connected to the DC voltage terminal 17 de first outgoing AC / DC converter 15, while the AC voltage terminal 19 of the AC / DC converter 15 is connected to a first outlet 22.
  • the bus bar 12 is electrically connected to a second acutance AC / DC converter 25, a third output side AC / DC converter 28, a fourth output side AC / DC converter 30 and a fifth output side AC / DC converter 32 , It can be connected to the busbar 12 more downstream AC / DC converter.
  • the AC terminal 60 of the second load-side AC / DC converter 25 is electrically connected to the second outlet 35
  • the AC terminal 62 of the third from ⁇ aisle-side AC / DC converter 28 is connected to the third outlet 38
  • the alternating voltage terminal 64 of the fourth from ⁇ AC side of the AC / DC converter 30 is connected to the fourth output 40
  • the AC voltage terminal 66 of the fifth output side AC / DC converter 32 is electrically connected to the fifth output 42 of the switchgear 1.
  • the feed 3 and the outlets 22, 35, 38, 40 and 42 are also referred to as branches.
  • the energy flow is shown symbolically by means of an arrow 70.
  • the electrical ⁇ specific energy is transmitted in this mode of the feed 3 via the feed-side AC / DC converter 5 via the bus 12 to one or more of the output-side AC / DC converter, from which it at the respective zuge culinaryi- gen disposal of Switchgear is transmitted.
  • 25, 28, 30 and 32 can be determined which of the outlets 22, 35, 38, 40 and 42 of the switchgear 1 is supplied with electrical ⁇ shear energy.
  • the bus bar 12 can be connected to the feed 3 and separated from it.
  • this switchgear is particularly advantageous that the current to be transmitted not only switched (ie switched ⁇ off and off) can be, but that regulated to over ⁇ carrying current by means of AC / DC converter in the direction (phase) and magnitude can be.
  • the electric ⁇ cal power only on or off.
  • the electric current or the electrical energy from both the feed 3 to one or several of the outlets 22, 35, 38, 40 and 42 as well as one or more of the outlets 22, 35, 38, 40 and 42 can be transmitted to the feed 3.
  • the energy can thus be transmitted in a further operating mode of the switchgear in one direction, which is symbolically represented by an arrow 72.
  • energy can also be transferred from one outlet to another outlet in another operating mode, for example from the second outlet 35 to the third outlet 38 or from the first outlet 22 to the fifth outlet 42. This is represented symbolically by an arrow 74.
  • FIG. 2 schematically shows an embodiment of the AC / DC converter 5; the other AC / DC converters 15, 25, 28, 30, and 32 may be similarly implemented.
  • the AC / DC wall ⁇ ler 5, 15, 25, 28, 30 and 32 of the switchgear 1 are realized as electronic circuits with components of the power ⁇ electronics. Such devices may be, in particular, thyristors 84 or IGBTs 86.
  • the power path 82 DIE ser AC / DC converter ie, the current path through which the to be transmitted electric power or energy is passed
  • the power path 82 DIE ser AC / DC converter is free of moving mechanical switch contacts, but the switching function by the components of the power ⁇ electronics is realized. It is therefore a switching contactless switchgear, ie a switchgear without be ⁇ movable mechanical switching contacts.
  • the switchgear 1 can be transmitted pure active power advantageously, the reactive power is generated or recorded in the AC / DC converters.
  • DC bus 12 Due to the DC bus 12 (DC bus 12), no synchronization of the frequency of the alternating current to be switched is necessary in the connection of outlets, which are connected to power generators.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Patch Boards (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage (1), insbesondere eine Mittelspannungsschaltanlage, mit einer Sammelschiene (12) und einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen (5, 15, 25, 28, 30, 32) zum wahlweisen elektrischen Verbinden einer Einspeisung (3) der Schaltanlage (1) mit einem oder mehreren Abgängen (22, 35, 38, 40, 42) der Schaltanlage (1).Die Verbindungseinrichtungen sind als Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (5, 15, 25, 28, 30, 32) ausgestaltet.

Description

Beschreibung
Schaltanlage Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage zur elektrischen
Energieverteilung, insbesondere eine Mittelspannungsschaltanlage. Eine Mittelspannungsschaltanlage ist eine Schaltanlage, die für den sogenannten Mittelspannungsbereich geeignet ist. Darunter wird der Spannungsbereich zwischen 1 kV und 52 kV verstanden.
Eine Schaltanlage weist üblicherweise eine Einspeisung, meh¬ rere Abgänge, eine Sammelschiene und eine Mehrzahl von Ver¬ bindungseinrichtungen auf. Die Verbindungseinrichtungen die- nen dazu, die Einspeisung elektrisch mit einem oder mehreren Abgängen der Schalteinlage zu verbinden. Die Einspeisung und die Abgänge werden auch als Abzweige bezeichnet. Die Verbin¬ dungseinrichtungen sind üblicherweise als Schalter mit beweg¬ lichen mechanischen Schaltkontakten realisiert. Die bewegli- chen mechanischen Schaltkontakte und die weiteren zugehörigen beweglichen Teile der Schalter (z. B. Schalterantrieb, Antriebsstangen etc.) unterliegen im Betrieb einem Verschleiß. Dadurch ist es notwendig, diese Teile regelmäßig zu kontrol¬ lieren und ggf. auszutauschen; es tritt ein beträchtlicher Wartungsaufwand auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanlage anzugeben, bei der der Wartungsaufwand reduziert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schalt¬ anlage nach dem unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltanlage sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß angegeben wird eine Schaltanlage, insbeson¬ dere eine Mittelspannungsschaltanlage, mit einer Sammel¬ schiene und einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen zum wahlweisen elektrischen Verbinden einer Einspeisung der
Schaltanlage mit einem oder mehreren Abgängen der Schaltanlage. Bei dieser Schaltanlage ist besonders vorteilhaft, das die Verbindungseinrichtungen als Wechselspannungs-Gleichspan nungs-Wandler (AC/DC-Wandler ) ausgestaltet sind. Solche Wech selspannungs-Gleichspannungs-Wandler sind als elektronische Schaltungen realisiert, welche die Übertragung der elektrischen Energie mittels Bauelementen der Leistungselektronik unter Verzicht auf mechanische Schalter realisieren. Bei der artigen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlern tritt mangels beweglicher Schaltkontakte im Wesentlichen kein mechani scher Verschleiß auf, so dass der Wartungsaufwand erheblich reduziert ist.
Die Schaltanlage kann so ausgestaltet sein, dass der Gleich- spannungsanschluss der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wand- ler mit der Sammelschiene verbunden ist. An der Sammelschiene liegt also nur Gleichspannung an bzw. wird Gleichstrom übertragen. Dies hat den Vorteil, dass nur Wirkleistung übertra¬ gen wird und Blindleistungen der angeschlossenen Netze entkoppelt sind.
Die Schaltanlage kann auch so ausgestaltet sein, dass der Wechselspannungsanschluss der Wechselspannungs-Gleichspan- nungs-Wandler mit der Einspeisung oder mit einem der Abgänge verbunden ist. Dies ermöglicht es, mit der Schaltanlage Wech¬ selströme zu schalten und mittels der Wechselspannungs- Gleichspannungs-Wandler sogar zu regeln. Mit einer derartigen Schaltanlage kann ohne Weiteres eine übliche Wechselspan- nungs-Schaltanlage, welche bewegliche mechanische Schaltkon¬ takte aufweist, ersetzt werden. Die Schaltanlage kann auch so ausgestaltet sein, dass mindes¬ tens einer der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler einen Leistungspfad aufweist, der frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten ist. Aufgrund der fehlenden beweglichen mechanischen Schaltkontakte tritt hierbei vorteilhafterweise kaum mechanischer Verschleiß auf. Vorzugsweise können alle Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler Leistungspfade aufweisen, die frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten sind .
Die Schaltanlage kann so realisiert sein, dass die Wech- selspannungs-Gleichspannungs-Wandler mit Bauelementen der Leistungselektronik, insbesondere mit Thyristoren oder IGBTs, realisiert sind. Mit solchen Bauelementen der Leistungs¬ elektronik lassen sich Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wand- ler realisieren, mit denen erhebliche elektrische Leistungen über die Schaltanlage übertragen werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dazu ist in der
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanlage und in
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Wechselspan- nungs-Gleichspannungs-Wandlers dargestellt .
In Figur 1 ist eine Schaltanlage 1 dargestellt. Diese Schalt¬ anlage 1 weist eine Einspeisung 3 auf. Bei der Einspeisung 3 handelt es sich um einen elektrischen Anschluss, an dem die Schaltanlage mit einem nicht dargestellten Energieversor- gungsnetz verbunden werden kann, welches z.B. die zu vertei- lende elektrische Energie bereitstellt.
Die Einspeisung 3 ist mit einem einspeisungsseitigen Wech- selspannungs-Gleichspannungs-Wandler 5 elektrisch verbunden. Im Folgenden werden Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler auch kurz als „AC/DC-Wandler" bezeichnet. Bei dem AC/DC-Wand ler 5 handelt es sich - wie auch bei den anderen AC/DC-Wand- lern der Schaltanlage - um bidirektionale AC/DC-Wandler. Das bedeutet, dass diese AC/DC-Wandler sowohl Wechselspannung in Gleichspannung als auch Gleichspannung in Wechselspannung wandeln können. Dies ist in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil beim Leistungspfad 82 dargestellt.
Der einspeisungsseitige AC/DC-Wandler 5 weist einen Wechsel- spannungsanschluss 7 und einen Gleichspannungsanschluss 9 auf. Der Wechselspannungsanschluss 7 ist elektrisch mit der Einspeisung 3 verbunden, der Gleichspannungsanschluss 9 ist elektrisch mit einer Sammelschiene 12 verbunden.
Die Sammelschiene 12 ist elektrisch mit einem ersten abgangs seifigen AC/DC-Wandler 15 verbunden. Dabei ist die Sammelschiene 12 elektrisch mit dem Gleichspannungsanschluss 17 de ersten abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 15 verbunden, während der Wechselspannungsanschluss 19 des AC/DC-Wandlers 15 mit einem ersten Abgang 22 verbunden ist. In gleicher Weise ist die Sammelschiene 12 elektrisch mit einem zweiten abgangssei tigen AC/DC-Wandler 25, einem dritten abgangsseitigen AC/DC- Wandler 28, einem vierten abgangsseitigen AC/DC-Wandler 30 sowie einem fünften abgangsseitigen AC/DC-Wandler 32 verbunden. Es können weitere abgangsseitige AC/DC-Wandler an die Sammelschiene 12 angeschlossen sein. Der Wechselspannungsanschluss 60 des zweiten abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 25 ist mit dem zweiten Abgang 35 elektrisch verbunden, der Wechselspannungsanschluss 62 des dritten ab¬ gangsseitigen AC/DC-Wandlers 28 ist mit dem dritten Abgang 38 verbunden, der Wechselspannungsanschluss 64 des vierten ab¬ gangsseitigen AC/DC-Wandlers 30 ist mit dem vierten Abgang 40 verbunden und der Wechselspannungsanschluss 66 des fünften abgangsseitigen AC/DC-Wandlers 32 ist mit dem fünften Abgang 42 der Schaltanlage 1 elektrisch verbunden. Wie der erste ab- gangsseitige AC/DC-Wandler 15 weisen auch der zweite abgangsseitige AC/DC-Wandler 25, der dritte abgangsseitige AC/DC- Wandler 28, der vierte abgangsseitige AC/DC-Wandler 30 und der fünfte abgangsseitige AC/DC-Wandler 32 jeweils einen Gleichspannungsanschluss 50, 52, 54 und 56 auf, die
elektrisch mit der Sammelschiene 12 verbunden sind. Die Ein- speisung 3 sowie die Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 werden auch als Abzweigungen bezeichnet.
Für eine Betriebsart der Schaltanlage 1 ist der Energiefluss mittels eines Pfeils 70 symbolisch dargestellt. Die elektri¬ sche Energie wird in dieser Betriebsart von der Einspeisung 3 über den einspeisungsseitigen AC/DC-Wandler 5 über die Sammelschiene 12 zu einem oder mehreren der abgangsseitigen AC/DC-Wandler übertragen, von wo sie zu den jeweils zugehöri- gen Abgängen der Schaltanlage übertragen wird. Mittels Einschalten bzw. Ausschalten der abgangsseitigen AC/DC-Wandler 15, 25, 28, 30 bzw. 32 kann festgelegt werden, welcher der Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 der Schaltanlage 1 mit elektri¬ scher Energie versorgt wird. Durch Ein- bzw. Ausschalten des einspeisungsseitigen AC/DC-Wandlers 5 kann die Sammelschiene 12 mit der Einspeisung 3 verbunden bzw. von dieser getrennt werden . Bei dieser Schaltanlage ist besonders vorteilhaft, dass der zu übertragende Strom nicht nur geschaltet (d. h. eingeschal¬ tet und ausgeschaltet) werden kann, sondern dass der zu über¬ tragende Strom mittels der AC/DC-Wandler auch in Richtung (Phase) und Betrag geregelt werden kann. (Im Unterschied dazu kann mit einer herkömmlichen Schaltanlage, welche lediglich bewegliche mechanische Schaltkontakte aufweist, der elektri¬ sche Strom nur ein- oder ausgeschaltet werden.) Durch diese Regelung kann der elektrische Strom bzw. die elektrische Energie sowohl von der Einspeisung 3 zu einem oder mehreren der Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 als auch von einem oder mehreren der Abgänge 22, 35, 38, 40 und 42 zu der Einspeisung 3 übertragen werden kann. Die Energie kann also in einer weiteren Betriebsart der Schaltanlage auch in einer Richtung übertragen werden, die symbolisch durch einen Pfeil 72 dargestellt ist. Weiterhin kann in einer weiteren Betriebsart Energie auch von einem Abgang zu einem anderen Abgang übertragen werden, beispielsweise von dem zweiten Abgang 35 zu dem dritten Abgang 38 oder von dem ersten Abgang 22 zu dem fünften Abgang 42. Dies ist symbolisch durch einen Pfeil 74 dargestellt .
In Figur 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel des AC/DC- Wandlers 5 dargestellt; die anderen AC/DC-Wandler 15, 25, 28, 30 und 32 können gleichartig realisiert sein. Die AC/DC-Wand¬ ler 5, 15, 25, 28, 30 und 32 der Schaltanlage 1 sind als elektronische Schaltungen mit Bauelementen der Leistungs¬ elektronik realisiert. Solche Bauelemente können insbesondere Thyristoren 84 oder IGBTs 86 sein. Der Leistungspfad 82 die- ser AC/DC-Wandler (d. h. der Strompfad, über den die zu übertragende elektrische Leistung bzw. Energie geführt wird) ist frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten, vielmehr wird die Schaltfunktion durch die Bauelemente der Leistungs¬ elektronik realisiert. Es handelt sich also um eine schalt- kontaktlose Schaltanlage, d.h. um eine Schaltanlage ohne be¬ wegliche mechanische Schaltkontakte.
Mit der Schaltanlage 1 kann vorteilhafterweise reine Wirk- leistung übertragen werden, die Blindleistung wird in den AC/DC-Wandlern erzeugt bzw. aufgenommen .
Vorteilhafterweise wird für die Schaltanlage 1 kein DC-Schal ter (Gleichspannungs-Schalter) benötigt, welcher bei herkömm liehen Schaltanlagen dazu dient, Schutzauslösungen zu übernehmen. Diese Funktion kann bei der Schaltanlage 1 durch die AC/DC-Wandler mit übernommen werden.
Aufgrund der Gleichspannungssammelschiene 12 (DC-Schiene 12) ist bei der Zuschaltung von Abgängen, welche mit Energieerzeugern verbunden sind, keine Synchronisation der Frequenz des zu schaltenden Wechselstroms notwendig.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass bei der Schaltanlage 1 ab- gangsseitig keine Probleme mit Kurzschlussströmen auftreten können, weil die AC/DC Wandler abgangsseitig nur Nennströme zulassen. Es können also keine höheren Kurzschlussströme auf treten .
Es wurde eine Schaltanlage beschrieben, bei der die Verbin¬ dungseinrichtungen als Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wand ler ausgestaltet sind. Bei dieser Schaltanlage sind vorteil¬ hafterweise keine beweglichen mechanischen Schaltkontakte notwendig, so dass der Wartungsaufwand erheblich reduziert ist .

Claims

Patentansprüche
1. Schaltanlage (1), insbesondere Mittelspannungsschaltan¬ lage, mit einer Sammelschiene (12) und einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen (5, 15, 25, 28, 30, 32) zum wahlweisen elektrischen Verbinden einer Einspeisung (3) der Schaltanlage (1) mit einem oder mehreren Abgängen (22, 35, 38, 40, 42) der Schaltanlage (1),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Verbindungseinrichtungen als Wechselspannungs-Gleichspan- nungs-Wandler (5, 15, 25, 28, 30, 32) ausgestaltet sind.
2. Schaltanlage 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
der Gleichspannungsanschluss (9, 17, 50, 52, 54, 56) der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler mit der Sammelschiene (12) verbunden ist.
3. Schaltanlage 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
der Wechselspannungsanschluss (7, 19, 60, 62, 64, 66) der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler mit der Einspeisung (3) oder mit einem der Abgänge (22, 35, 38, 40, 42) verbunden ist .
4. Schaltanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
mindestens einer der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (5, 15, 25, 28, 30, 32) einen Leistungspfad (82) aufweist, der frei von beweglichen mechanischen Schaltkontakten ist.
5. Schaltanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (5, 15, 25, 28, 30, 32) mit Bauelementen der Leistungselektronik, insbesondere mit Thyristoren (84) oder IGBTs (86), realisiert sind.
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