WO2012095690A1 - Gas-insulated high-voltage switchgear comprising a short-circuiting device - Google Patents

Gas-insulated high-voltage switchgear comprising a short-circuiting device Download PDF

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WO2012095690A1
WO2012095690A1 PCT/IB2011/003058 IB2011003058W WO2012095690A1 WO 2012095690 A1 WO2012095690 A1 WO 2012095690A1 IB 2011003058 W IB2011003058 W IB 2011003058W WO 2012095690 A1 WO2012095690 A1 WO 2012095690A1
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voltage switchgear
contact
switchgear according
switch housing
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Abb Technology Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004—Closing switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H79/00—Protective switches in which excess current causes the closing of contacts, e.g. for short-circuiting the apparatus to be protected
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/003—Earthing switches

Definitions

  • the invention relates to gas-insulated switchgear (GIS) for the high voltage range, in particular relates to a Schnellerder for a high voltage switchgear with a filled with insulating gas, for example SF 6 , and pressurized, hermetically sealed housing, in which at least one of a fixed and a movable contact piece arranged with an actuator contact pair and electrical conductors are arranged, which are insulated from the switch housing.
  • GIS gas-insulated switchgear
  • Fast-short-circuiters are known in the low-voltage and medium-voltage technology in various variations. In this case, different methods are used to secure a short-circuit current to ground as quickly as possible after a short time derive. This is to ensure that an arc that has arisen in a system extinguished, the short circuit is passed through safe system components and can then be switched off via a circuit breaker. Since the arc extinguishes after short-circuiting to earth, no further damage is caused in the system.
  • ultrafast earthing switches also known as UFES (Ultra Fast Earthing Switch)
  • UFES Ultra Fast Earthing Switch
  • this ultrafast earthing switch consists of three primary switching elements and an electronic detection and tripping unit.
  • the primary switch element has dimensions, shape and mounting points similar to those of a 24 kV insulation supporter and incorporates an epoxy resin-embedded double vacuum interrupter chamber and an integrated ultra-fast micro gas generator piston drive.
  • each vacuum interrupter contains two vacuum sections separated by a membrane. Projecting into the first vacuum section is a contact pin lying at ground potential, which is firmly connected to the drive piston. The second vacuum section contains the fixed contact socket lying at high-voltage potential.
  • Each primary switching element is also equipped with an integrated ultra-fast micro-gas generator, which drives the movable piston together with the contact pin for switching. This micro-gas generator is similar in type and function to the gas generators of motor vehicle airbags.
  • the electronics detect the fault current via current transformers and, via optical sensors, the light of the arc in the bulkhead compartment and activate the gas generator almost simultaneously.
  • the generated gas pressure drives the movable piston into the first sub-chamber.
  • the contact pin pierces the membrane and then locked permanently, bounce-free and robust with the fixed contact.
  • the result is a solid metallic short circuit to ground, which causes a resulting arc to extinguish.
  • As a major disadvantage of the known arrangements proves to be the difficulty to install such arrangements in high-voltage switchgear with voltages of 50 to 500 kV, which is essentially related to the greater insulation required there.
  • the ultrafast earthing switch in medium-voltage technology is based on insulation using vacuum technology. Their application prepares only in the lower voltage range up to a maximum of 42 kV no major problems.
  • a high-voltage switchgear with an insulating gas, such as SF 6 , filled, pressurized, hermetically sealed switch housing is provided that forms a common gas space, in which at least one of a fixed and a movable contact piece with an actuator formed contact pair and electrical conductors are arranged.
  • the contact pair and the electrical conductors are insulated against the switch housing.
  • a trip unit is provided which has a gas generator which cooperates with an ignitor (32).
  • the contact pair arranged in the common gas space works as an ultrafast short-circuiter, which is also referred to as UFES (ultra fast earthing switch).
  • the insulating gas of the switchgear is also used in the common gas space, that is, provided in the common gas space formed by the fixed and movable contact pad is disposed in a gas-tightly connected to the switch housing gas space.
  • the high-voltage switchgear according to the invention is characterized in that the contact point, which serves as earthing switch is acted upon occurrence of a defined fault condition of a drive which triggers when a defined fault condition occurs and by closing the contact point, ie the meshing of the movable contact piece in the fixed contact piece , causes a short circuit between the power potential and ground potential.
  • a trip unit is provided which has a gas generator which cooperates with an ignitor.
  • a detection unit for detecting fault conditions in the switch housing which cooperates with a trip unit, which receives the drive for driving the contact point.
  • the trip unit is equipped with the gas generator, which in turn works with the ignitor, which starts the gas generator when triggered.
  • the contact point is formed as a piston-cylinder assembly with a connected at rest with ground potential piston, which contacted in the release position lying at a power potential mating contact, which is formed by the fixed contact piece.
  • the gas generator generated as a result of triggering by the igniter an explosive pressure increase of the working gas, which accelerates the guided in an earth-connected cylinder piston so that the piston like a projectile impinges on a sleeve-like counter-contact and connects with this form-fitting.
  • the gas space connected gas-tight to the switch housing, in which the contact point is arranged is provided as a housing arranged separately on the switch housing.
  • the design of the gas-tightly connected to the switch housing gas space proves to be particularly advantageous as a separate housing, as this simplifies the required after each activation, that is triggering, replacement of the gas generator, because thereby opening only a relatively small housing and thus gas volume and its replacement is required for the replacement of the gas generator.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section through a gas space with an ultrafast short-circuiting contact point in the rest position, which is connected in a gas-tight manner with a switch housing not shown here.
  • a schematic longitudinal section through the gas space according to Figure 1 after triggering. 1 shows a schematic longitudinal section through a grounded housing 10, which forms a common gas-tightly connected gas chamber 12 with a switch housing of a high-voltage switchgear, not shown here in detail, in which a contact point 14 serving as an ultrafast short-circuiter is arranged; which is at rest.
  • the contact point 14 consists of a piston-cylinder arrangement with a cylinder 16 and a longitudinally movably arranged piston 18 as a movable contact 20 and a fixed contact 22, which is described below.
  • the piston-cylinder arrangement is at ground potential, that is, the cylinder 16 is permanently connected to the ground potential, wherein the piston 18 is also conductively connected via the cylinder wall and via a further contact point 23 with ground potential, the means, despite its ability to slide in the cylinder 16 sufficient contact with the cylinder wall is guaranteed.
  • a receiving sleeve 22 is arranged for this purpose at a distance as a fixed mating contact, which forms the fixed contact piece 22.
  • the receiving sleeve is positioned by means of a disk-shaped holder 24 made of insulating material in the connection cross-section of the grounded housing 10 to the switch housing of the high-voltage switchgear and insulated from the lying at ground potential 26 housing wall.
  • This fixed mating contact 22 is in turn connected to a conductor not shown in detail here on power potential, for example busbar, in the switch housing of the high-voltage switchgear.
  • a gas generator 28 is arranged below the movable contact 20 formed by the piston 18 and within or in extension of the cylinder 16, which in turn is connected to an ignition device 32 via a line 30 led out gas-tight from the gas space 12.
  • the ignitor 32 is in turn connected to a switch housing, not shown here, the high-voltage switchgear, also not shown here detection unit, which is provided to control the occurrence of a fault condition, such as an arc in the switch housing immediately igniter, which then immediately the gas generator 28 starts.
  • a fault condition such as an arc in the switch housing immediately igniter, which then immediately the gas generator 28 starts.
  • Fig. 2 the same parts are respectively provided with the corresponding reference numerals already used in Fig. 1.
  • the movable contact piece 20 formed by the piston 18 has come out of its guide cylinder as a result of being acted upon by the gas generator 28 so far that it closes the contact with the fixed contact piece 22.
  • a gas generated by the gas generator 28 amount of working gas that has been ignited by the igniter and explosively expands to accelerate due to the pressure surge caused by the movable, connected to ground potential piston 18 toward the fixed contact 22 or fixed contact piece receiving sleeve 22 ,
  • serving as a movable contact piece 20 piston 18 positively connects with the serving as a fixed contact 22 receiving sleeve 22 and thereby produces a controlled induced short circuit between power potential and ground potential.
  • the short-circuit current flowing as a result of this short circuit immediately causes an arc which has arisen in the switch housing of the high-voltage switchgear, which has caused the rapid short-circuiter to trip, so that unwanted damage to the relevant switching chamber or switch housing is avoided.
  • the short-circuit current is then interrupted via a circuit breaker.
  • the ultrafast earthing switch (UFES) according to the invention can be accommodated in the separate small gas space in order to minimize the necessary gas work in the event of replacement after a successful release.
  • gas works means all measures that are necessary for the restoration of the function of the quick-change switch and make since an inevitable opening of the switch housing of the high-voltage switchgear required.
  • the gas generator 28 accessible from the outside, so that a rotational exchange with an assumed lifetime of today's generators of about 15 years is possible without having to intervene in the gas space 12.
  • Each intervention in the common gas space 12 means considerable effort in terms of securing the environmentally harmful insulating gas and the subsequent restoration of the tightness of the switch housing of the high-voltage switchgear. This can be safely achieved by additional seals 25, with which the gas generator 28 is provided.
  • the movable contact 20 may be held in position by a suitable mechanical fuse to prevent vibrations from causing unwanted energization.
  • the mechanical fuse is designed so that it is broken or removed in the event of triggering of the gas generator.

Abstract

The invention relates to a high-voltage switchgear comprising a switchgear housing that is filled with an insulating gas, for example SF6 and that defines a gas chamber (12) in which at least one pair of contacts formed by a stationary and a mobile contact element (22, 20) having an actuating drive, and electric conductors which are insulated from the switchgear housing are arranged. The pair of contacts located in the common gas chamber (12) functions as an ultrasound short-circuiting device. A trigger unit having a gas generator (28) that cooperates with an ignition device (32) is provided as the actuating device for the mobile contact element (20).

Description

HOCHSPANNUNGSSCHALTANLAGE MIT GASFÖRMIGER ISOLATION UND EINEM KURZSCHLIESSER  HIGH VOLTAGE SWITCHING SYSTEM WITH GASOLINE INSULATION AND A SHORT CIRCUIT
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft gasisolierte Schaltanlagen (GIS) für den Hochspannungsbereich, insbesondere betrifft sie einen Schnellerder für eine Hochspannungsschaltanlage mit einem mit Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllten und unter Druck stehenden, hermetisch verschlossenen Gehäuse, in welchem wenigstens ein aus einem festen und einem beweglichen Kontaktstück mit einem Stellantrieb gebildetes Kontaktpaar sowie elektrische Leiter angeordnet sind, welche gegen das Schaltergehäuse isoliert sind. The invention relates to gas-insulated switchgear (GIS) for the high voltage range, in particular relates to a Schnellerder for a high voltage switchgear with a filled with insulating gas, for example SF 6 , and pressurized, hermetically sealed housing, in which at least one of a fixed and a movable contact piece arranged with an actuator contact pair and electrical conductors are arranged, which are insulated from the switch housing.
Durch Schäden, Fehlbedienung oder außergewöhnliche Betriebsbedingungen bedingt, können Fehlerzustände innerhalb der Kapselung von Schaltanlagen auftreten beziehungsweise entstehen, die in seltenen Fällen zu einem Störlichtbogen und somit zu einer Gefährdung von Mensch und Material führen. Due to damage, incorrect operation or exceptional operating conditions, fault conditions within the encapsulation of switchgear can occur or arise, which in rare cases lead to an arc fault and thus to a hazard to people and material.
Derartige Fehlerzustände gilt es dringend zu vermeiden, mit denen ein derartiger Fehlerzustand schnellstmöglich, das heißt, bevor ein größerer Schaden resultiert, beendet werden kann. It is urgently necessary to avoid such error conditions with which such an error condition can be ended as quickly as possible, that is to say before greater damage results.
Dazu werden Schnellerder, auch als Schnellkurzschließer, Schnellerdungsschalter oder Erdungsschalter bezeichnet, eingesetzt, dessen Kontaktstücke mit möglichst hoher Geschwindigkeit geschlossen werden, wobei der Schnellerder gegen einen Kurzschlussstrom schalten soll. For this Schnellerder, also known as quick-closing, fast earthing switch or earthing switch is used, the contact pieces are closed at the highest possible speed, the Schnellerder should switch to a short-circuit current.
Schnellkurzschließer sind in der Niederspannungs- und Mittelspannungstechnik in verschiedenen Variationen bekannt. Dabei werden unterschiedliche Verfahren angewendet, um einen Kurzschlussstrom nach einer möglichst kurzen Zeit sicher gegen Erde abzuleiten. Damit soll erreicht werden, dass ein Lichtbogen, der in einer Anlage entstanden ist, verlöscht, der Kurzschluss über sichere Anlagenkomponenten geleitet wird und dann über einen Leistungsschalter abgeschaltet werden kann. Da der Lichtbogen nach dem Kurzschließen gegen Erde verlöscht, werden keine weiteren Schäden in der Anlage verursacht. Fast-short-circuiters are known in the low-voltage and medium-voltage technology in various variations. In this case, different methods are used to secure a short-circuit current to ground as quickly as possible after a short time derive. This is to ensure that an arc that has arisen in a system extinguished, the short circuit is passed through safe system components and can then be switched off via a circuit breaker. Since the arc extinguishes after short-circuiting to earth, no further damage is caused in the system.
Zu diesem Zweck wurden bereits für den Einsatz bei Mittelspannungs-Schaltanlagen für Spannungen bis 30 kV, bei welchen üblicherweise Vakuum-Schaltkammern zum Einsatz kommen, neue ultraschnelle Erdungsschalter, auch UFES (Ultra Fast Earthing Switch) genannt, entwickelt. For this purpose, new ultrafast earthing switches, also known as UFES (Ultra Fast Earthing Switch), have already been developed for use in medium-voltage switchgear for voltages up to 30 kV, in which normally vacuum interrupters are used.
Bei den bekannten Anlagen besteht dieser ultraschnelle Erdungsschalter aus drei Primärschaltelementen und einer elektronischen Erfassungs- und Auslöseeinheit. Das Primärschaltelement hat die Abmessungen, die Form und die Befestigungspunkte ähnlich eines 24-kV-lsolierstützers und beinhaltet eine in Epoxidharz umweltgeschützt eingebettete Doppel-Vakuumschaltkammer sowie einen integrierten ultraschnellen MikroGasgenerator-Kolbenantrieb. In the known systems, this ultrafast earthing switch consists of three primary switching elements and an electronic detection and tripping unit. The primary switch element has dimensions, shape and mounting points similar to those of a 24 kV insulation supporter and incorporates an epoxy resin-embedded double vacuum interrupter chamber and an integrated ultra-fast micro gas generator piston drive.
Aus dielektrischer Sicht enthält jede Vakuum-Schaltkammer zwei Vakuumstrecken, die durch eine Membran getrennt sind. In die erste Vakuumstrecke hineinragend befindet sich ein auf Erdpotential liegender Kontaktstift, der fest mit dem Antriebskolben verbunden ist. Die zweite Vakuumstrecke enthält die auf Hochspannungspotenzial liegende Festkontaktbuchse. Jedes Primärschaltelement ist zudem mit einem integrierten ultraschnellen Mikro-Gasgenerator ausgestattet, der den beweglichen Kolben samt Kontaktstift zum Schaltvorgang antreibt. Dieser Mikro-Gasgenerator ähnelt in Art und Funktion den Gasgeneratoren von Kraftfahrzeug-Airbags. From a dielectric point of view, each vacuum interrupter contains two vacuum sections separated by a membrane. Projecting into the first vacuum section is a contact pin lying at ground potential, which is firmly connected to the drive piston. The second vacuum section contains the fixed contact socket lying at high-voltage potential. Each primary switching element is also equipped with an integrated ultra-fast micro-gas generator, which drives the movable piston together with the contact pin for switching. This micro-gas generator is similar in type and function to the gas generators of motor vehicle airbags.
Kommt es in einer derart ausgestatteten Mittelspannungs-Schaltanlage zu einem internen Störlichtbogen, erfasst die Elektronik über Stromwandler den Fehlerstrom sowie über optische Sensoren das Licht des Lichtbogens im Schottraum und aktiviert nahezu gleichzeitig den Gasgenerator. If an internal arc develops in such a medium-voltage switchgear, the electronics detect the fault current via current transformers and, via optical sensors, the light of the arc in the bulkhead compartment and activate the gas generator almost simultaneously.
Der erzeugte Gasdruck treibt den beweglichen Kolben in die erste Teilkammer. Der Kontaktstift durchstößt die Membran und verrastet daraufhin dauerhaft, prellfrei und robust mit dem Festkontakt. Es entsteht ein solider metallischer Kurzschluss gegen Erde, der einen entstandenen Störlichtbogen zum Verlöschen bringt. Als wesentlicher Nachteil der bekannten Anordnungen erweist sich die Schwierigkeit, derartige Anordnungen in Hochspannungs-Schaltanlagen mit Spannungen von 50 bis 500 kV einzubauen, was im Wesentlichen mit der dort erforderlichen größeren Isolierfestigkeit zusammenhängt. The generated gas pressure drives the movable piston into the first sub-chamber. The contact pin pierces the membrane and then locked permanently, bounce-free and robust with the fixed contact. The result is a solid metallic short circuit to ground, which causes a resulting arc to extinguish. As a major disadvantage of the known arrangements proves to be the difficulty to install such arrangements in high-voltage switchgear with voltages of 50 to 500 kV, which is essentially related to the greater insulation required there.
So beruht der ultraschnelle Erdungsschalter in der Mittelspannungstechnik beispielsweise auf der Isolation mittels Vakuumtechnik. Deren Anwendung bereitet nur im unteren Spannungsbereich bis maximal 42 kV keine größeren Probleme. For example, the ultrafast earthing switch in medium-voltage technology is based on insulation using vacuum technology. Their application prepares only in the lower voltage range up to a maximum of 42 kV no major problems.
Bei höheren Spannungen sind entweder nicht gewünschte Baugrößen zwecks Einhaltung der erforderlichen Isolierabstände erforderlich oder aber eine andere Technologie, welche dann bei raumsparender Bauweise dennoch die gewünschte schnelle Abschaltung beim Auftreten von Fehlerzuständen herbeiführt. At higher voltages either not desired sizes in order to comply with the required Isolierabstände required or other technology, which then causes the desired rapid shutdown in the occurrence of fault conditions in space-saving design.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Hochspannungsschaltanlage der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Schnellabschaltung beim Auftreten von Fehlerzuständen auf möglichst einfache Weise zuverlässig ermöglicht. Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a high-voltage switchgear of the type mentioned above, which enables a quick shutdown when errors occur in the simplest possible way reliably.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demgemäß ist eine Hochspannungsschaltanlage mit einem mit Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllten, unter Druck stehenden, hermetisch verschlossenen Schaltergehäuse vorgesehen, dass einen gemeinsamen Gasraum bildet, in welchem wenigstens ein aus einem festen und einem beweglichen Kontaktstück mit einem Stellantrieb gebildetes Kontaktpaar sowie elektrische Leiter angeordnet sind. Das Kontaktpaar sowie die elektrischen Leiter sind gegen das Schaltergehäuse isoliert. Als Stellantrieb des beweglichen Kontaktstückes ist erfindungsgemäß eine Auslöseeinheit vorgesehen, die einen Gasgenerator aufweist, der mit einem Zündgerät (32) zusammenarbeitet. Das im gemeinsamen Gasraum angeordnete Kontaktpaar arbeitet als Ultraschnell-Kurzschließer, der auch als UFES (ultra fast earthing switch) bezeichnet wird. This object is achieved by the features of claim 1. Accordingly, a high-voltage switchgear with an insulating gas, such as SF 6 , filled, pressurized, hermetically sealed switch housing is provided that forms a common gas space, in which at least one of a fixed and a movable contact piece with an actuator formed contact pair and electrical conductors are arranged. The contact pair and the electrical conductors are insulated against the switch housing. As an actuator of the movable contact piece according to the invention a trip unit is provided which has a gas generator which cooperates with an ignitor (32). The contact pair arranged in the common gas space works as an ultrafast short-circuiter, which is also referred to as UFES (ultra fast earthing switch).
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Isoliergas der Schaltanlage auch in dem gemeinsamen Gasraum verwendet, das heißt, die im gemeinsamen Gasraum vorgesehene vom festen und beweglichen Kontaktstück gebildete Kontaktstelle ist in einem mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundenen Gasraum angeordnet. Die erfindungsgemäße Hochspannungsschaltanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle, die als Erdungsschalter dient, bei Auftreten eines definierten Fehlerzustandes von einem Antrieb beaufschlagbar ist, der bei Auftreten eines definierten Fehlerzustandes auslöst und durch Schließen der Kontaktstelle, also dem Ineinandergreifen des beweglichen Kontaktstückes in das feste Kontaktstück, einen Kurzschluss zwischen dem Leistungspotential und Erdpotential herbeiführt. Erfindungsgemäß ist dazu wie vorab erwähnt eine Auslöseeinheit vorgesehen, die einen Gasgenerator aufweist, der mit einem Zündgerät zusammenarbeitet. According to the present invention, the insulating gas of the switchgear is also used in the common gas space, that is, provided in the common gas space formed by the fixed and movable contact pad is disposed in a gas-tightly connected to the switch housing gas space. The high-voltage switchgear according to the invention is characterized in that the contact point, which serves as earthing switch is acted upon occurrence of a defined fault condition of a drive which triggers when a defined fault condition occurs and by closing the contact point, ie the meshing of the movable contact piece in the fixed contact piece , causes a short circuit between the power potential and ground potential. According to the invention as mentioned above, a trip unit is provided which has a gas generator which cooperates with an ignitor.
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Erfassungseinheit zur Detektion von Fehlerzuständen in dem Schaltergehäuse vorgesehen, die mit einer Auslöseeinheit zusammenarbeitet, welche den Antrieb zur Ansteuerung der Kontaktstelle aufnimmt. Die Auslöseeinheit ist dazu mit dem Gasgenerator ausgestattet, der seinerseits mit dem Zündgerät zusammenarbeitet, welches im Auslösefall den Gasgenerator startet. According to a preferred embodiment of the invention, a detection unit for detecting fault conditions in the switch housing is provided, which cooperates with a trip unit, which receives the drive for driving the contact point. The trip unit is equipped with the gas generator, which in turn works with the ignitor, which starts the gas generator when triggered.
In vorteilhafter Weiterbildung der Hochspannungs-Schaltanlage ist ferner vorgesehen, dass die Kontaktstelle als Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem in Ruhestellung mit Erdpotential verbundenem Kolben ausgebildet ist, welcher in Auslösestellung einen auf Leistungspotential liegenden Gegenkontakt, der vom feststehenden Kontaktstück gebildet ist, kontaktiert. In an advantageous embodiment of the high-voltage switchgear is further provided that the contact point is formed as a piston-cylinder assembly with a connected at rest with ground potential piston, which contacted in the release position lying at a power potential mating contact, which is formed by the fixed contact piece.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle der Auslösung durch das Zündgerät der Gasgenerator einen Gasdruck erzeugt, der den beweglichen Kolben der Kontaktstelle auf den auf Leistungspotential liegenden Gegenkontakt beschleunigt und sich mit diesem elektrisch leitend verbindet. According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that in the case of triggering by the igniter of the gas generator generates a gas pressure which accelerates the movable piston of the contact point to the lying at power counter-contact and connects to this electrically conductive.
Hierbei erzeugt der Gasgenerator infolge der Auslösung durch das Zündgerät eine explosionsartige Druckerhöhung des Arbeitsgases, welches den in einem mit Erdpotential verbundenen Zylinder geführten Kolben derart beschleunigt, dass der Kolben wie ein Geschoß auf einen hülsenartigen Gegenkontakt auftrifft und mit diesem sich formschlüssig verbindet. In this case, the gas generator generated as a result of triggering by the igniter an explosive pressure increase of the working gas, which accelerates the guided in an earth-connected cylinder piston so that the piston like a projectile impinges on a sleeve-like counter-contact and connects with this form-fitting.
Entscheidend ist hierbei, dass die kinetische Energie aus dem Kolben bei einer formschlüssigen Verbindung durch eine geeignete Umformung abgebaut wird. Durch die sehr schnelle Bewegung des Kolbens der Kontaktstelle und die damit einhergehende Kontaktierung des auf Leistungspotential liegenden hülsenartigen Gegenkontakts, wobei der bewegliche Kolben weiterhin mit Erdpotential verbunden ist, wird so ein Kurzschluss zwischen Erdpotential und Leistungspotential herbeigeführt, wodurch wiederum der die Auslösung verursachende Lichtbogen im Schaltergehäuse zum Erlöschen kommt. Decisive here is that the kinetic energy from the piston is degraded in a positive connection by a suitable deformation. Due to the very fast movement of the piston of the contact point and the concomitant contacting of lying at power sleeve-like mating contact, wherein the movable piston is still connected to ground potential, so a short circuit between earth potential and power potential is brought about, which in turn causes the triggering arc in the switch housing comes to extinction.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Schaltanlage ist der mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundene Gasraum, in welchem die Kontaktstelle angeordnet ist, als separat am Schaltergehäuse angeordnetes Gehäuse vorgesehen. According to an expedient embodiment of the high-voltage switchgear according to the invention, the gas space connected gas-tight to the switch housing, in which the contact point is arranged, is provided as a housing arranged separately on the switch housing.
Hierbei erweist sich die Ausgestaltung des mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundenen Gasraums als separates Gehäuse als besonders vorteilhaft, da hierdurch das nach jeder Aktivierung, das heißt Auslösung, erforderliche Auswechseln des Gasgenerators vereinfacht ist, weil hierdurch das Öffnen nur eines vergleichsweise kleinen Gehäuse- und damit Gasvolumens und dessen Ersatz für das Auswechseln des Gasgenerators erforderlich ist. In this case, the design of the gas-tightly connected to the switch housing gas space proves to be particularly advantageous as a separate housing, as this simplifies the required after each activation, that is triggering, replacement of the gas generator, because thereby opening only a relatively small housing and thus gas volume and its replacement is required for the replacement of the gas generator.
Diese und weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile und Verbesserungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche. These and other advantageous features and advantages and improvements are the subject of further claims.
Anhand eines in der beigefügten Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Reference to an embodiment schematically shown in the accompanying drawings, the invention, particular advantageous refinements and improvements of the invention and particular advantages of the invention will be explained and described in detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Gasraum mit einer als Ultraschnell-Kurzschließer dienenden Kontaktstelle in Ruhestellung, welcher mit einem hier nicht näher gezeigten Schaltergehäuse gasdicht verbunden ist; einen schematischen Längsschnitt durch den Gasraum gemäß Fig.1 nach erfolgter Auslösung. Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein geerdetes Gehäuse 10, das mit einem hier nicht näher gezeigten Schaltergehäuse einer Hochspannungs- Schaltanlage einen gemeinsamen gasdicht verbundenen Gasraum 12 bildet, in welchem eine als Ultraschnell-Kurzschließer dienende Kontaktstelle 14 angeordnet ist; die sich in Ruhestellung befindet. Figure 1 is a schematic longitudinal section through a gas space with an ultrafast short-circuiting contact point in the rest position, which is connected in a gas-tight manner with a switch housing not shown here. a schematic longitudinal section through the gas space according to Figure 1 after triggering. 1 shows a schematic longitudinal section through a grounded housing 10, which forms a common gas-tightly connected gas chamber 12 with a switch housing of a high-voltage switchgear, not shown here in detail, in which a contact point 14 serving as an ultrafast short-circuiter is arranged; which is at rest.
Die Kontaktstelle 14 besteht aus einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Zylinder 16 und einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben 18 als beweglichen Kontakt 20 sowie aus einem festen Kontakt 22, der nachfolgend beschrieben ist. The contact point 14 consists of a piston-cylinder arrangement with a cylinder 16 and a longitudinally movably arranged piston 18 as a movable contact 20 and a fixed contact 22, which is described below.
Hierbei liegt, wie bereits angesprochen, die Kolben-Zylinder-Anordnung auf Erdpotential, das heißt, der Zylinder 16 ist permanent mit dem Erdpotential verbunden, wobei der Kolben 18 ebenfalls über die Zylinderwand und über eine weitere Kontaktstelle 23 mit Erdpotential leitend verbunden ist, das heißt, trotz dessen Gleitmöglichkeit im Zylinder 16 ist eine ausreichende Kontaktierung mit der Zylinderwand gewährleistet. Here, as already mentioned, the piston-cylinder arrangement is at ground potential, that is, the cylinder 16 is permanently connected to the ground potential, wherein the piston 18 is also conductively connected via the cylinder wall and via a further contact point 23 with ground potential, the means, despite its ability to slide in the cylinder 16 sufficient contact with the cylinder wall is guaranteed.
Koaxial mit dem Kolben 18 ist hierzu im Abstand als fester Gegenkontakt eine Aufnahmehülse 22 angeordnet, die das feste Kontaktstück 22 bildet. Die Aufnahmehülse ist mittels einer scheibenförmigen Halterung 24 aus Isoliermaterial im Anschlussquerschnitt des geerdeten Gehäuses 10 zum Schaltergehäuse der Hochspannungs- Schaltanlage positioniert und gegenüber der auf Erdpotential liegenden Gehäusewandung 26 isoliert. Dieser feste Gegenkontakt 22 ist seinerseits mit einem hier nicht näher gezeigten Leiter auf Leistungspotential, zum Beispiel Sammelschiene, im Schaltergehäuse der Hochspannungs-Schaltanlage verbunden. Coaxially with the piston 18, a receiving sleeve 22 is arranged for this purpose at a distance as a fixed mating contact, which forms the fixed contact piece 22. The receiving sleeve is positioned by means of a disk-shaped holder 24 made of insulating material in the connection cross-section of the grounded housing 10 to the switch housing of the high-voltage switchgear and insulated from the lying at ground potential 26 housing wall. This fixed mating contact 22 is in turn connected to a conductor not shown in detail here on power potential, for example busbar, in the switch housing of the high-voltage switchgear.
Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist unterhalb des vom Kolben 18 gebildeten beweglichen Kontakts 20 und innerhalb oder in Verlängerung des Zylinders 16 ein Gasgenerator 28 angeordnet, der seinerseits über eine gasdicht aus dem Gasraum 12 herausgeführte Leitung 30 mit einem Zündgerät 32 verbunden ist. According to the schematic illustration in FIG. 1, a gas generator 28 is arranged below the movable contact 20 formed by the piston 18 and within or in extension of the cylinder 16, which in turn is connected to an ignition device 32 via a line 30 led out gas-tight from the gas space 12.
Das Zündgerät 32 ist wiederum mit einer im hier nicht gezeigten Schaltergehäuse der Hochspannungs-Schaltanlage angeordneten, hier ebenfalls nicht dargestellten Detekti- onseinheit verbunden, welche dazu vorgesehen ist, bei Auftreten eines Fehlerzustandes, zum Beispiel ein Lichtbogen, im Schaltergehäuse umgehend das Zündgerät anzusteuern, welches dann sofort den Gasgenerator 28 startet. In Fig. 2 sind gleiche Teile jeweils mit den entsprechenden bereits in Fig. 1 verwendeten Bezugsziffern versehen. Darin ist die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 gezeigt jedoch im ausgelösten Zustand, das heißt nach erfolgter Auslösung. Dabei ist das vom Kolben 18 gebildete bewegliche Kontaktstück 20 infolge Beaufschlagung durch den Gasgenerator 28 aus seinem Führungszylinder soweit herausgetreten, dass es den Kontakt mit dem festen Kontaktstück 22 schließt. The ignitor 32 is in turn connected to a switch housing, not shown here, the high-voltage switchgear, also not shown here detection unit, which is provided to control the occurrence of a fault condition, such as an arc in the switch housing immediately igniter, which then immediately the gas generator 28 starts. In Fig. 2, the same parts are respectively provided with the corresponding reference numerals already used in Fig. 1. Therein, the same arrangement as shown in Fig. 1 but in the tripped state, that is, after tripping. In this case, the movable contact piece 20 formed by the piston 18 has come out of its guide cylinder as a result of being acted upon by the gas generator 28 so far that it closes the contact with the fixed contact piece 22.
Hierzu dient eine vom Gasgenerator 28 erzeugte Gasmenge an Arbeitsgas, die vom Zündgerät entzündet worden ist und sich explosionsartig ausdehnt, um infolge des hierdurch verursachten Druckstoßes den beweglichen, mit Erdpotential verbundenen Kolben 18 in Richtung der als Festkontakt 22 oder festes Kontaktstück dienenden Aufnahmehülse 22 zu beschleunigen. Dabei verbindet sich der als bewegliches Kontaktstück 20 dienende Kolben 18 formschlüssig mit der als Festkontakt 22 dienenden Aufnahmehülse 22 und erzeugt hierdurch einen kontrolliert herbeigeführten Kurzschluss zwischen Leistungspotential und Erdpotential. For this purpose, a gas generated by the gas generator 28 amount of working gas that has been ignited by the igniter and explosively expands to accelerate due to the pressure surge caused by the movable, connected to ground potential piston 18 toward the fixed contact 22 or fixed contact piece receiving sleeve 22 , In this case, serving as a movable contact piece 20 piston 18 positively connects with the serving as a fixed contact 22 receiving sleeve 22 and thereby produces a controlled induced short circuit between power potential and ground potential.
Der infolge dieses Kurzschlusses fließende Kurzschlussstrom lässt einen im Schaltergehäuse der Hochspannungsschaltanlage entstandenen Lichtbogen, der die Auslösung des Schnell-Kurzschließers herbeigeführt hat, umgehend erlöschen, so dass eine unerwünschte Beschädigung der betreffenden Schaltkammer beziehungsweise des Schaltergehäuses vermieden wird. Der Kurzschlussstrom wird dann über einen Leistungsschalter unterbrochen. The short-circuit current flowing as a result of this short circuit immediately causes an arc which has arisen in the switch housing of the high-voltage switchgear, which has caused the rapid short-circuiter to trip, so that unwanted damage to the relevant switching chamber or switch housing is avoided. The short-circuit current is then interrupted via a circuit breaker.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße ultraschnelle Erdungsschalter (UFES) in dem separaten kleinen Gasraum untergebracht sein, um bei einem Austausch nach einem erfolgten Auslösen die notwendigen Gasarbeiten auf ein Minimum zu beschränken. Unter dem Begriff „Gasarbeiten" sind alle Maßnahmen zu verstehen, die für die Wiederherstellung der Funktion des Schnellerdungsschalters notwendig sind und eine seither unumgängliche Öffnung des Schaltergehäuses der Hochspannungs- Schaltanlage erforderlich machen. Advantageously, the ultrafast earthing switch (UFES) according to the invention can be accommodated in the separate small gas space in order to minimize the necessary gas work in the event of replacement after a successful release. The term "gas works" means all measures that are necessary for the restoration of the function of the quick-change switch and make since an inevitable opening of the switch housing of the high-voltage switchgear required.
Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, den Gasgenerator 28 von außen zugänglich zu machen, so dass auch ein turnusmäßiger Austausch bei einer anzunehmenden Lebensdauer heutiger Generatoren von etwa 15 Jahren möglich ist, ohne in den Gasraum 12 eingreifen zu müssen. Jeder Eingriff in den gemeinsamen Gasraum 12 bedeutet erheblichen Aufwand in Bezug auf die Sicherung des umweltschädlichen Isoliergases und der anschließenden Wiederherstellung der Dichtheit des Schaltergehäuses der Hochspannungs- Schaltanlage. Dies kann sicher erreicht werden durch zusätzliche Dichtungen 25, mit welchen der Gasgenerator 28 versehen ist. According to the invention, therefore, it is provided to make the gas generator 28 accessible from the outside, so that a rotational exchange with an assumed lifetime of today's generators of about 15 years is possible without having to intervene in the gas space 12. Each intervention in the common gas space 12 means considerable effort in terms of securing the environmentally harmful insulating gas and the subsequent restoration of the tightness of the switch housing of the high-voltage switchgear. This can be safely achieved by additional seals 25, with which the gas generator 28 is provided.
Zusätzlich kann der bewegliche Kontakt 20 durch eine geeignete mechanische Sicherung in Position gehalten werden, um zu verhindern, dass Vibrationen zum ungewollten Einschalten führen. Die mechanische Sicherung ist dabei so ausgelegt, dass sie im Falle einer Auslösung des Gasgenerators aufgebrochen oder aufgehoben wird. In addition, the movable contact 20 may be held in position by a suitable mechanical fuse to prevent vibrations from causing unwanted energization. The mechanical fuse is designed so that it is broken or removed in the event of triggering of the gas generator.
Bezuqszeichen liste Reference list
geerdetes Gehäuse Gasraum Kontaktstelle Zylinder Kolben beweglicher Kontakt, bewegliches earthed housing gas chamber contact point cylinder piston movable contact, movable
Kontaktstück fester Kontakt, Gegenkontakt, festes Kontaktstück weitere Kontaktstelle scheibenförmige Halterung (isolierte Kontakt-Durchführung) Gehäusewandung Gasgenerator Leitung Zündgerät Contact piece Fixed contact, mating contact, fixed contact piece Further contact point Disc-shaped holder (insulated contact bushing) Housing wall Gas generator Cable Ignitor

Claims

Patentansprüche claims
1. Hochspannungsschaltanlage mit einem mit Isoliergas, beispielsweise SF6, gefüllten Schaltergehäuse, das einen Gasraum (12) bildet, in welchem wenigstens ein aus einem festen und einem beweglichen Kontaktstück (22, 20) mit einem Stellantrieb gebildetes Kontaktpaar sowie elektrische Leiter angeordnet sind, welche gegen das Schaltergehäuse isoliert sind, und das im gemeinsamen Gasraum (12) angeordnete Kontaktpaar als Ultraschnell-Kurzschließer arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellantrieb für das bewegliche Kontaktstück (20) eine Auslöseeinheit vorgesehen ist, die einen Gasgenerator (28) aufweist, der mit einem Zündgerät (32) zusammenarbeitet. 1. High-voltage switchgear with an insulating gas, such as SF 6 , filled switch housing, which forms a gas space (12) in which at least one of a fixed and a movable contact piece (22, 20) formed with an actuator contact pair and electrical conductors are arranged, which are isolated from the switch housing, and the contact pair arranged in the common gas space (12) operates as an ultrafast short-circuiter, characterized in that a trip unit is provided as actuator for the movable contact piece (20), which has a gas generator (28) with an ignitor (32) cooperates.
2. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das feste und das bewegliche Kontaktstück (22, 20) in einem mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundenen Gasraum (12) angeordnet ist. 2. High-voltage switchgear according to claim 1, characterized in that the fixed and the movable contact piece (22, 20) in a gas-tight manner connected to the switch housing gas space (12) is arranged.
3. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feste und das bewegliche Kontaktstück (22, 20) so ausgestaltet sind, dass sie sich beim Schließen plastisch umformen und eine feste Verbindung eingehen. 3. High-voltage switchgear according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed and the movable contact piece (22, 20) are designed so that they plastically deform when closing and form a firm connection.
4. Hochspannungsschaltanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im gemeinsamen Gasraum (12) vom beweglichen und festen Kontaktstück (20, 22) gebildete Kontaktstelle (14) als Erdungsschalter dient, welcher bei Auftreten eines definierten Fehlerzustandes von einem weiteren Antrieb beaufschlagbar ist, der bei Auftreten eines definierten Fehlerzustandes auslöst und durch Schließen der Kontaktstelle (14) einen Kurzschluss zwischen dem Leistungspotential und Erdpotential herbeiführt. 4. High-voltage switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that in the common gas space (12) from the movable and fixed contact piece (20, 22) formed contact point (14) serves as a grounding switch, which acted upon occurrence of a defined fault condition of another drive is that triggers when a defined fault condition occurs and by closing the contact point (14) causes a short circuit between the power potential and ground potential.
5. Hochspannungsschaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinheit zur Detektion von Fehlerzuständen in dem Schaltergehäuse vorgesehen ist, die mit der Auslöseeinheit zusammenarbeitet, welche den Antrieb zur Ansteuerung der Kontaktstelle (14) aufnimmt. 5. High-voltage switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that a detection unit for detecting fault conditions is provided in the switch housing, which cooperates with the trip unit, which receives the drive for driving the contact point (14).
6. Hochspannungsschaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle (14) als Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem in Ruhestellung mit Erdpotential verbundenem Kolben (18) ausgebildet ist, welcher in Auslösestellung einen auf Leistungspotential liegenden Gegenkontakt, den das feste Kontaktstück (22) bildet, kontaktiert. 6. High-voltage switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that the contact point (14) is formed as a piston-cylinder assembly with a connected to ground potential at the ground piston (18), which in the release position lying at a power potential counter contact, the fixed Contact piece (22) forms, contacted.
7. Hochspannungsschaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Auslösung durch das Zündgerät (32) der Gasgenerator (28) einen Gasdruck erzeugt, der den beweglichen Kolben (18) der Kontaktstelle (14) auf den auf Leistungspotential liegenden Gegenkontakt (22) beschleunigt und sich mit diesem elektrisch leitend verbindet. 7. High-voltage switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of triggering by the ignitor (32) of the gas generator (28) generates a gas pressure of the movable piston (18) of the contact point (14) lying on the power potential mating contact (22) accelerates and connects to this electrically conductive.
8. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kontaktierung des auf Leistungspotential liegenden Kontakts durch den beweglichen Kolben (18) dieser weiterhin mit Erdpotential verbunden ist und so einen Kurzschlussstrom zwischen Erdpotential und Leistungspotential herbeiführt. 8. High-voltage switchgear according to claim 7, characterized in that upon contacting the lying at power contact by the movable piston (18) thereof is further connected to ground potential and thus causes a short-circuit current between ground potential and power potential.
9. Hochspannungsschaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundene Gasraum (12), in welchem die Kontaktstelle (14) angeordnet ist, als separates Gehäuse am Schaltergehäuse vorgesehen ist. 9. High-voltage switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that the gas-tight connected to the switch housing gas space (12), in which the contact point (14) is arranged, is provided as a separate housing on the switch housing.
10. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erforderlich werdendes Auswechseln des Gasgenerators (28) durch die Ausgestaltung des mit dem Schaltergehäuse gasdicht verbundenen Gasraums (12) als separates Gehäuse vereinfacht ist. 10. High-voltage switchgear according to claim 9, characterized in that a required expectant replacement of the gas generator (28) by the design of the gas-tight manner connected to the switch housing gas space (12) is simplified as a separate housing.
11. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator (28) mittels wenigstens einer Dichtungen (25) vom Gasraum (12) getrennt ist, so dass ein Austausch des Gasgenerators (28) ohne einen Eingriff in den Gasraum (12) ausführbar ist. 11. High-voltage switchgear according to claim 10, characterized in that the gas generator (28) by means of at least one seals (25) from the gas space (12) is separated, so that an exchange of the gas generator (28) without an intervention in the gas space (12) executable is.
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