WO2015003974A1 - Gleichstromschalteinrichtung - Google Patents

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WO2015003974A1
WO2015003974A1 PCT/EP2014/064085 EP2014064085W WO2015003974A1 WO 2015003974 A1 WO2015003974 A1 WO 2015003974A1 EP 2014064085 W EP2014064085 W EP 2014064085W WO 2015003974 A1 WO2015003974 A1 WO 2015003974A1
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WO
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switching
switching unit
current
unit
oscillating
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/064085
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz-Rüdiger JÄNICKE
Jörg Teichmann
Jan WEISKER
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to AU2014289454A priority patent/AU2014289454B2/en
Priority to EP14735561.4A priority patent/EP3000118B1/de
Priority to BR112016000259A priority patent/BR112016000259B8/pt
Priority to US14/904,185 priority patent/US10096443B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the invention relates to a DC switching device for switching direct currents, in particular direct currents in kA range, with the features according to the preamble of claim 1.
  • a DC switching device is known from European Patent EP 2 221 845 Bl. This DC switching device has a switching unit, a
  • the resonant circuit When the switching unit is switched off, the resonant circuit produces an oscillating oscillating current which is superposed with the direct current still flowing through the switching unit during turn-off to form an oscillating superposition current.
  • the superposition current is turned off at a zero crossing.
  • a control device To control the excitation of the resonant circuit, a control device is provided.
  • the invention has for its object to provide a DC switching device, which has a particularly simple structure and allows a particularly rapid shutdown of the DC.
  • the invention provides that with the switching unit, hereinafter called the first switching unit, a second switching unit is connected in series whose switching behavior is different from that of the first switching unit, and the resonant circuit and the Abieiter are electrically parallel to this series circuit.
  • the switching unit hereinafter called the first switching unit
  • a second switching unit is connected in series whose switching behavior is different from that of the first switching unit, and the resonant circuit and the Abieiter are electrically parallel to this series circuit.
  • Switching unit excites the resonant circuit to complete swinging and the second switching unit shuts off the resulting overlap current at zero crossing.
  • one of the switching units specifically for the excitation of the resonant circuit and the other switching unit can be used specifically for switching off the superposition current.
  • DC switching device is to be seen in that a separate control device, as in the previously known
  • DC switching device for driving the resonant circuit is present, is not required.
  • a different switching behavior of the first and second switching unit can be achieved particularly simply and thus advantageously if it is based on different physical effects in switching chambers of the switching units.
  • the first switching unit In order to achieve a particularly fast excitation of the resonant circuit by the first switching unit, it is considered advantageous if the first switching unit generates a larger arc-burning voltage than the second switching unit when the direct current is switched off.
  • Relatively high arc firing voltages have, for example, insulating gas switching units, so that it is considered advantageous if the first switching unit is an insulating gas switching unit.
  • the first switching unit contains as insulating gas SF 6 or a SF 6 -containing gas mixture.
  • the second switching unit it is considered advantageous if it is designed such that it can switch currents with a greater current gradient at the zero crossing than the first switching unit.
  • the second switching unit preferably serves to switch off the current flowing through the series connection of the two switching units.
  • Switches with the property of being able to safely switch even large current gradients at the zero crossing are, for example, vacuum switching units, so that it is considered advantageous if the second switching unit is a vacuum switching unit. It is particularly advantageous if the different
  • the first switching unit is an insulating gas switching unit and the second switching unit is a vacuum switching unit.
  • a common drive can be provided.
  • a different switching behavior of the two switching units can also be achieved by the fact that the two switching units are opened with a time offset. Accordingly, in a particularly advantageous embodiment of the DC switching device is provided that it has a delay device which opens when switching off the DC current, the second switching unit in time after the first switching unit.
  • Such a deceleration device can, for example, have a transmission or be formed by a gearbox that is connected between the second gearshift unit and the two gearshift units. units driving drive of the DC switching device is connected.
  • the deceleration device may be based on a spring-jump mechanism connected between the second shift unit and the drive and tensioned during or after the first shift unit is turned off and released to turn off the second shift unit.
  • the delay duration and the natural frequency of the resonant circuit are coordinated such that the turning off of the second switching unit is only started when the amplitude of the oscillating oscillating current has a value of at least 75% of the direct current to be switched off has, and / or is only started after a period of time which is at least three times the natural frequency of the resonant circuit.
  • the time of switching off the time of separation of the switching contacts of the respective switching unit is considered here.
  • the invention also relates to a method for switching off a direct current, in particular a
  • a second switching unit is connected in series with the switching unit, referred to below as the first switching unit. tet, whose switching behavior is different from that of the first
  • Switching unit differs, and the switching off of the current flowing through the series connection of the two switching units superposition current at zero crossing by the second switching unit is done.
  • the first switching unit generates a larger arc burning voltage than the second switching unit when switching off the direct current and the second switching unit can switch oscillating currents with greater current steepness at the zero crossing than the first switching unit.
  • the switching behavior of the first and second switching unit during switching off based on different physical effects in switching chambers of the switching units.
  • the different switching behavior of the two switching units is based on the fact that the second switching unit is opened after the first switching unit with a delay.
  • the switching off of the second switching unit is only started when the amplitude of the oscillating oscillating current has a value of at least 75% of the direct current to be switched off, and / or is only started after a time period which is at least that Is three times the natural frequency of the resonant circuit.
  • a spring jump mechanism is tensioned and the switching off of the second switching unit takes place by the tensioned spring jump mechanism is released.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • DC switching device in which the different switching behavior of two switching units is based on different physical effects in switching chambers of the switching units, an exemplary embodiment of a DC switching device according to the invention, in which the two switching units are driven by a common drive, and an exemplary embodiment of a DC switching device according to the invention a delay device is provided which opens the first switching unit in front of the second switching unit when the direct current is switched off.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a DC switching device 10, in which a first switching unit 20 and a second switching unit 30 are connected in series. Parallel to the series connection of the first switching unit 20 and the second switching unit 30 are a
  • the resonant circuit 50 may be formed by a capacitor C, a resistor R and an inductance L, for example.
  • a direct current I in particular a direct current in the kA range
  • the two switching units 20 and 30 are opened simultaneously, at least approximately simultaneously.
  • the opening of the two switching units 20 and 30 can be done by individual, not shown in the figure 1 drives, which are assigned to the respective switching unit individually.
  • the first switching unit 20 and the second switching unit 30 are different in terms of their switching behavior, wherein the different switching behavior when switching off on different physical effects in the switching chambers 21 and 31 of the two switching units 20 and 30 is based.
  • the first switching unit 20 is an insulating gas switching unit whose switching chamber 21 is filled with SF 6 insulating gas or an insulating gas mixture containing SF 6
  • the second switching unit 30 is a vacuum switching unit. Because of the insulating gas present in the switching chamber 21 of the first switching unit 20, the first switching unit 20 will generate a greater arc burning voltage when switching off the direct current I than the second switching unit 30, in which no insulating gas is present in the switching chamber 31, but vacuum prevails.
  • the dropping at the first switching unit 20 arc voltage leads to a relatively fast oscillation of the resonant circuit 50, so that it produce an oscillating oscillation current Io and feed in the series circuit of the two switching units 20 and 30 feed.
  • the oscillating oscillating current Io is superimposed by the direct current Is flowing through the series connection during switching-off, whereby an overlapping current Ig is formed.
  • the second switching unit 30 will switch off the superposition current Ig.
  • Such a switch-off will be able to ensure the second switching unit without further ado because, due to the vacuum in the switching chamber 31, unlike the first switching unit 20, it is particularly well suited to switch off currents with a particularly high current gradient at zero crossing.
  • the first switching unit 20 thus serves to excite the resonant circuit 50 as quickly as possible in order to feed an oscillating oscillating current Io in the series circuit of the first switching unit 20 and the second switching unit 30, and the second switching unit 30 serves to the by the superposition with the oscillatory oscillating current Io overlap current Ig formed at zero crossing in spite of high current gradient turn off.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a DC switching device, which essentially corresponds in construction to the DC switching device according to FIG.
  • the DC switching device 10 according to FIG. 2 also has a first switching unit 20 in the form of an insulating gas switching unit and a second switching unit 30 in the form of a vacuum switching unit.
  • the two switching units 20 and 30 are switched on or off by a common drive 100.
  • the switching off of a direct current I by the two switching units 20 and 30 by the drive 100 preferably takes place simultaneously, at least approximately simultaneously.
  • the operation of the DC switching device 10 according to Figure 2 is based on the above statements in connection with the Direct current switching device 10 referred to Figure 1, which apply here accordingly.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a DC current switching device 10, in which the first switching unit 20 is preferably formed by an insulating gas switching unit and the second switching unit 30 by a vacuum switching unit.
  • a drive 100 serves to switch the two switching units 20 and 30 on or off.
  • an additional delay device 110 is provided in the DC switching device 10 according to FIG. 3, which opens the second switching unit 30 only after the first switching unit 20 when the direct current I is switched off.
  • the deceleration device 110 may have a transmission or be formed by a transmission that is connected between the second shift unit 30 and the drive 100.
  • the delay device has a spring-jumping mechanism, which is tensioned during or after switching off the first switching unit 20 and is released to switch off the second switching unit 30. Turning off the second switching unit 30 preferably begins only when the amplitude of the oscillating
  • Vibration current Io has a value of at least 75% of the switched-off direct current I and / or is only started after a period of time which has at least three times the natural frequency of the resonant circuit 50.
  • the delayed switching off of the second switching unit 30 assists that an arc-type arc voltage is produced by the arc occurring at the first switching unit 20 when it is switched off, with which the resonant circuit 50 is excited particularly quickly.
  • the switching off of the second switching unit 30 takes place only when it is ensured by the oscillating oscillation current Io that a zero crossing, which allows switching off by the second switching unit 30, may actually occur.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Gleichstromschalteinrichtung (10) zum Schalten von Gleichströmen (I), insbesondere Gleichströmen im Kiloamperbereich, mit einer Schalteinheit, einem Schwingkreis (50) und einem Spannungsableiter (40), wobei der Schwingkreis (50) beim Ausschalten der Schalteinheit einen oszillierenden Schwingstrom (Io) erzeugt, der sich mit dem während des Ausschaltens noch durch die Schalteinheit fließenden Gleichstrom (Is) überlagert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit der Schalteinheit, nachfolgend erste Schalteinheit (20) genannt, eine zweite Schalteinheit (30) in Reihe geschaltet ist, deren Schaltverhalten sich von dem der ersten Schalteinheit (20) unterscheidet, und der Schwingkreis (50) und der Ableiter (40) elektrisch parallel zu dieser Reihenschaltung liegen.

Description

Beschreibung
Gleichstromschalteinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromschalteinrichtung zum Schalten von Gleichströmen, insbesondere Gleichströmen in kA-Bereich, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Gleichstromschalteinrichtung ist aus der europäischen Patentschrift EP 2 221 845 Bl bekannt. Diese Gleichstromschalteinrichtung weist eine Schalteinheit, einen
Schwingkreis und einen Spannungsabieiter auf. Der Schwingkreis erzeugt beim Ausschalten der Schalteinheit einen oszil- lierenden Schwingstrom, der sich mit dem während des Ausschaltens noch durch die Schalteinheit fließenden Gleichstrom unter Bildung eines oszillierenden ÜberlagerungsStromes überlagert. Der Überlagerungsstrom wird bei einem Nulldurchgang abgeschaltet. Zur Steuerung der Anregung des Schwingkreises ist eine Steuereinrichtung vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstromschalteinrichtung anzugeben, die einen besonders einfachen Aufbau aufweist und ein besonders schnelles Abschalten des Gleichstroms ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gleichstromschalteinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gleichstromschalteinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben .
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit der Schalteinheit, nachfolgend erste Schalteinheit genannt, eine zweite Schalteinheit in Reihe geschaltet ist, deren Schaltverhalten sich von dem der ersten Schalteinheit unterscheidet, und der Schwingkreis und der Abieiter elektrisch parallel zu dieser Reihenschaltung liegen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gleichstromschalteinrichtung ist darin zu sehen, dass aufgrund der Unterschiedlichkeit des Schaltverhaltens der Schalteinheiten eine Arbeitsteilung dergestalt möglich ist, dass die erste
Schalteinheit den Schwingkreis zum vollständigen Aufschwingen anregt und die zweite Schalteinheit den sich ergebenden Überlagerungsstrom beim Nulldurchgang abschaltet. Mit anderen Worten lässt sich also eine der Schalteinheiten gezielt für die Anregung des Schwingkreises und die andere Schalteinheit gezielt für das Abschalten des Überlagerungsstroms einsetzen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Gleichstromschalteinrichtung ist darin zu sehen, dass eine separate Steuereinrichtung, wie sie bei der vorbekannten
Gleichstromschalteinrichtung zum Ansteuern des Schwingkreises vorhanden ist, nicht erforderlich ist.
Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich ein unter- schiedliches Schaltverhalten der ersten und zweiten Schalteinheit erreichen, wenn es auf unterschiedlichen physikalischen Effekten in Schaltkammern der Schalteinheiten beruht.
Um ein besonders schnelles Anregen des Schwingkreises durch die erste Schalteinheit zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die erste Schalteinheit beim Ausschalten des Gleichstromes eine größere Lichtbogenbrennspannung als die zweite Schalteinheit erzeugt. Relativ hohe Lichtbogenbrennspannungen weisen beispielsweise Isoliergasschalteinheiten auf, so dass es als vorteilhaft angesehen wird, wenn die erste Schalteinheit eine Isoliergas- schalteinheit ist. Vorzugsweise enthält die erste Schalteinheit als Isoliergas SF6 oder ein SF6-haltiges Gasgemisch. Bezüglich der zweiten Schalteinheit wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese derart ausgestaltet ist, dass sie Ströme mit größerer Stromsteilheit beim Nulldurchgang als die erste Schalteinheit schalten kann. Wie bereits erwähnt, dient die zweite Schalteinheit vorzugsweise zum Ausschalten des durch die Reihenschaltung der beiden Schalteinheiten fließenden Stroms .
Schalter mit der Eigenschaft, auch große Stromsteilheiten beim Nulldurchgang sicher schalten zu können, sind beispielsweise Vakuumschalteinheiten, so dass es als vorteilhaft angesehen wird, wenn die zweite Schalteinheit eine Vakuumschalteinheit ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das unterschiedliche
Schaltverhalten der beiden Schalteinheiten auf unterschiedlichen Gasfüllungen (unterschiedlich z. B. im Hinblick auf Gasdruck und/oder Gaszusammensetzung) in den Schaltkammern der Schalteinheiten beruht. Demgemäß wird es als besonders vor- teilhaft angesehen, wenn die erste Schalteinheit eine Iso- liergasschalteinheit und die zweite Schalteinheit eine Vakuumschalteinheit ist.
Zum Antreiben der beiden Schalteinheiten kann ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen werden.
Ein unterschiedliches Schaltverhalten der beiden Schalteinheiten lässt sich darüber hinaus auch dadurch erreichen, dass die beiden Schalteinheiten zeitlich versetzt geöffnet werden. Demgemäß ist bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Gleichstromschalteinrichtung vorgesehen, dass diese eine Verzögerungseinrichtung aufweist, die beim Ausschalten des Gleichstromes die zweite Schalteinheit zeitlich nach der ersten Schalteinheit öffnet.
Eine solche Verzögerungseinrichtung kann beispielsweise ein Getriebe aufweisen oder durch ein Getriebe gebildet sein, das zwischen der zweiten Schalteinheit und dem die beiden Schalt- einheiten antreibenden Antrieb der Gleichstromschalteinrichtung geschaltet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verzögerungseinrichtung auf einem FederSprungmechanismus basieren, der zwischen die zweite Schalteinheit und den Antrieb geschaltet ist und während oder nach dem Ausschalten der ersten Schalteinheit gespannt wird und zum Ausschalten der zweiten Schalteinheit freigegeben wird.
Hinsichtlich der Verzögerungsdauer der Verzögerungseinrichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Verzögerungsdauer und die Eigenfrequenz des Schwingkreises derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Ausschalten der zweiten Schalteinheit erst dann begonnen wird, wenn die Amplitude des oszillierenden Schwingstroms einen Wert von mindestens 75% des auszuschaltenden Gleichstromes aufweist, und/oder erst nach einer Zeitspanne begonnen wird, die mindestens das Dreifache der Eigenfrequenz des Schwingkreises beträgt. Als Zeit- punkt des Ausschaltens wird hier der Zeitpunkt der Trennung der Schaltkontakte der jeweiligen Schalteinheit angesehen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Abschalten eines Gleichstromes, insbesondere eines
Gleichstromes im kA-Bereich, bei dem eine Schalteinheit ausgeschaltet wird und ein Lichtbogen erzeugt wird, mit der an dem Lichtbogen auftretenden Lichtbogenspannung ein Schwingkreis angeregt wird und ein oszillierender Schwingstrom erzeugt wird, der sich mit dem während des Ausschaltens noch durch die erste Schalteinheit fließenden Gleichstrom unter
Bildung eines ÜberlagerungsStromes überlagert, und beim Null- durchgang des ÜberlagerungsStromes der Überlagerungsstrom abgeschaltet wird und die im Schwingkreis gespeicherte Energie durch einen Abieiter abgebaut wird.
Bezüglich eines solchen Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit der Schalteinheit, nachfolgend erste Schalteinheit genannt, eine zweite Schalteinheit in Reihe geschal- tet ist, deren Schaltverhalten sich von dem der ersten
Schalteinheit unterscheidet, und das Abschalten des durch die Reihenschaltung der beiden Schalteinheiten fließenden Überlagerungsstromes beim Nulldurchgang durch die zweite Schaltein- heit erfolgt.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gleichstromschalteinrichtung verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Gleichstromschalteinrichtung denen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen.
Um ein besonders schnelles Abschalten hoher Gleichströme zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die erste Schalteinheit beim Ausschalten des Gleichstromes eine größere Lichtbogenbrennspannung als die zweite Schalteinheit erzeugt und die zweite Schalteinheit oszillierende Ströme mit größerer Stromsteilheit beim Nulldurchgang als die erste Schalteinheit schalten kann.
Vorzugsweise beruht das Schaltverhalten der ersten und zweiten Schalteinheit während des Ausschaltens auf unterschiedlichen physikalischen Effekten in Schaltkammern der Schalteinheiten .
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das unterschiedliche Schaltverhalten der beiden Schalteinheiten darauf beruht, dass die zweite Schalteinheit verzögert nach der ersten Schalteinheit geöffnet wird.
Bezüglich der Verzögerung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Ausschalten der zweiten Schalteinheit erst dann begonnen wird, wenn die Amplitude des oszillierenden Schwingstroms einen Wert von mindestens 75% des auszuschaltenden Gleichstromes aufweist, und/oder erst nach einer Zeitspanne begonnen wird, die mindestens das Dreifache der Eigenfrequenz des Schwingkreises beträgt. Um ein schnelles Abschalten der zweiten Schalteinheit nach Anregung des Schwingkreises durch die erste Schalteinheit zu gewährleisten, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn während oder nach dem Ausschalten der ersten Schaltein- heit ein FederSprungmechanismus gespannt wird und das Ausschalten der zweiten Schalteinheit erfolgt, indem der gespannte FederSprungmechanismus freigegeben wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Gleichstromschalteinrichtung, bei der das unterschiedliche Schaltverhalten zweier Schalteinhei - ten auf unterschiedlichen physikalischen Effekten in Schaltkammern der Schalteinheiten beruht, ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Gleichstromschalteinrichtung, bei der die beiden Schalteinheiten durch einen gemeinsamen Antrieb angetrieben werden, und ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Gleichstromschalteinrichtung, bei der eine Verzögerungseinrichtung vorhanden ist, die beim Ausschalten des Gleichstroms die erste Schalteinheit vor der zweiten Schalteinheit öffnet.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichstromschalteinrichtung 10, bei der eine erste Schalteinheit 20 und eine zweite Schalteinheit 30 in Reihe geschaltet sind Parallel zu der Reihenschaltung aus der ersten Schalteinheit 20 und der zweiten Schalteinheit 30 sind ein
Spannungsabieiter 40 sowie ein Schwingkreis 50 geschaltet. Der Schwingkreis 50 kann beispielsweise durch einen Kondensator C, einen Widerstand R und eine Induktivität L gebildet sein . Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 werden zum Abschalten eines Gleichstroms I, insbesondere eines Gleichstroms im kA-Bereich, die beiden Schalteinheiten 20 und 30 gleichzeitig, zumindest näherungsweise gleichzeitig, geöffnet. Das Öffnen der beiden Schalteinheiten 20 und 30 kann durch indi- viduelle, in der Figur 1 nicht gezeigte Antriebe erfolgen, die der jeweiligen Schalteinheit individuell zugeordnet sind.
Die erste Schalteinheit 20 und die zweite Schalteinheit 30 sind hinsichtlich ihres Schaltverhaltens unterschiedlich, wo- bei das unterschiedliche Schaltverhalten beim Abschalten auf unterschiedlichen physikalischen Effekten in den Schaltkammern 21 und 31 der beiden Schalteinheiten 20 und 30 beruht.
Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei der ersten Schalteinheit 20 um eine Isoliergasschaltein- heit, deren Schaltkammer 21 mit SF6-Isoliergas oder einem SF6-haltigen Isoliergasgemisch gefüllt ist, und bei der zweiten Schalteinheit 30 um eine Vakuumschalteinheit handelt. Aufgrund des in der Schaltkammer 21 der ersten Schalteinheit 20 vorhandenen Isoliergases wird die erste Schalteinheit 20 beim Ausschalten des Gleichstroms I eine größere Lichtbogenbrennspannung als die zweite Schalteinheit 30 erzeugen, bei der in der Schaltkammer 31 kein Isoliergas vorhanden ist, sondern Vakuum herrscht. Die an der ersten Schalteinheit 20 abfallende Lichtbogenbrennspannung führt zu einem relativ schnellen Anschwingen des Schwingkreises 50, so dass dieser einen oszillierenden Schwingstrom Io erzeugen und in die Reihenschaltung aus den beiden Schalteinheiten 20 und 30 ein- speisen wird. Der oszillierende Schwingstrom Io überlagert sich mit dem während des Ausschaltens durch die Reihenschaltung fließenden Gleichstromes Is, wodurch ein Überlagerungs- strom Ig gebildet wird. Sobald der Überlagerungsström Ig durch den Einfluss des oszillierenden Schwingstroms Io einen Nulldurchgang aufweist, wird die zweite Schalteinheit 30 den Überlagerungsstrom Ig abschalten. Ein solches Abschalten wird die zweite Schalteinheit ohne Weiteres gewährleisten können, weil sie aufgrund des Vakuums in der Schaltkammer 31 im Unterschied zu der ersten Schalteinheit 20 besonders gut geeignet ist, auch Ströme mit besonders großer Stromsteilheit beim Nulldurchgang abzu- schalten.
Zusammengefasst dient die erste Schalteinheit 20 also dazu, den Schwingkreis 50 möglichst schnell anzuregen, um einen oszillierenden Schwingstrom Io in die Reihenschaltung aus der ersten Schalteinheit 20 und der zweiten Schalteinheit 30 einzuspeisen, und die zweite Schalteinheit 30 dient dazu, den durch die Überlagerung mit dem oszillierenden Schwingstrom Io gebildeten Überlagerungsstrom Ig beim Nulldurchgang trotz hoher Stromsteilheit abzuschalten.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichstromschalteinrichtung, die vom Aufbau her im Wesentlichen der Gleichstromschalteinrichtung gemäß Figur 1 entspricht. Auch die Gleichstromschalteinrichtung 10 gemäß Figur 2 weist eine erste Schalteinheit 20 in Form einer Isoliergasschalt- einheit und eine zweite Schalteinheit 30 in Form einer Vakuumschalteinheit auf. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 werden die beiden Schalteinheiten 20 und 30 durch einen gemeinsamen Antrieb 100 ein- bzw. ausgeschal- tet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 erfolgt das Ausschalten eines Gleichstroms I durch die beiden Schalteinheiten 20 und 30 durch den Antrieb 100 vorzugsweise gleichzei- tig, zumindest näherungsweise gleichzeitig. Hinsichtlich der Arbeitsweise der Gleichstromschalteinrichtung 10 gemäß Figur 2 sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der Gleichstromschalteinrichtung 10 gemäß Figur 1 verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleich- Stromschalteinrichtung 10, bei der die erste Schalteinheit 20 vorzugsweise durch eine Isoliergasschalteinheit und die zweite Schalteinheit 30 durch eine Vakuumschalteinheit gebildet ist. Ein Antrieb 100 dient dazu, die beiden Schalteinheiten 20 und 30 ein- oder auszuschalten.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist bei der Gleichstromschalteinrichtung 10 gemäß Figur 3 eine zusätzliche Verzögerungseinrichtung 110 vorhanden, die beim Ausschalten des Gleichstroms I die zweite Schalteinheit 30 erst nach der ersten Schalteinheit 20 öffnet.
Die Verzögerungseinrichtung 110 kann ein Getriebe aufweisen oder durch ein Getriebe gebildet sein, das zwischen der zweiten Schalteinheit 30 und dem Antrieb 100 geschaltet ist. Vor- zugsweise weist die Verzögerungseinrichtung einen Federsprungmechanismus auf, der während oder nach dem Ausschalten der ersten Schalteinheit 20 gespannt wird und zum Ausschalten der zweiten Schalteinheit 30 freigegeben wird. Das Ausschalten der zweiten Schalteinheit 30 beginnt vorzugsweise erst dann, wenn die Amplitude des oszillierenden
Schwingstroms Io einen Wert von mindestens 75 % des auszuschaltenden Gleichstroms I aufweist und/oder erst nach einer Zeitspanne begonnen wird, die mindestens das Dreifache der Eigenfrequenz des Schwingkreises 50 aufweist.
Durch das verzögerte Ausschalten der zweiten Schalteinheit 30 wird unterstützt, dass durch den an der ersten Schalteinheit 20 beim Ausschalten auftretenden Lichtbogen eine Lichtbogen- brennspannung entsteht, mit der der Schwingkreis 50 besonders schnell angeregt wird. Das Ausschalten der zweiten Schalteinheit 30 erfolgt dann erst, wenn durch den oszillierenden Schwingstrom Io sichergestellt ist, dass ein Nulldurchgang, der ein Ausschalten durch die zweite Schalteinheit 30 erlaubt, auch tatsächlich auftreten kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Gleichstromschalteinrichtung
20 erste Schalteinheit
21 Schaltkammer
30 zweite Schalteinheit
31 Schaltkammer
40 Spannungsabieiter
50 Schwingkreis
100 Antrieb
110 Verzögerungseinrichtung
C Kondensator
I Gleichstrom
Ig Überlagerungsstrom
Io Schwingstrom
Is Strom
L Induktivität
R Widerstand

Claims

Patentansprüche
1. Gleichstromschalteinrichtung (10) zum Schalten von Gleichströmen (I) , insbesondere Gleichströmen im Kiloamperbereich, mit
einer Schalteinheit,
einem Schwingkreis (50) und einem
Spannungsabieiter (40) ,
wobei der Schwingkreis (50) beim Ausschalten der Schalt- einheit einen oszillierenden Schwingstrom (Io) erzeugt, der sich mit dem während des Ausschaltens noch durch die Schalteinheit fließenden Gleichstrom (Is) überlagert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
mit der Schalteinheit, nachfolgend erste Schalteinheit (20) genannt, eine zweite Schalteinheit (30, 20') in Reihe geschaltet ist, deren Schaltverhalten sich von dem der ersten Schalteinheit (20) unterscheidet, und
der Schwingkreis (50) und der Abieiter (40) elektrisch parallel zu dieser Reihenschaltung liegen.
2. Gleichstromschalteinrichtung (10) 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
das unterschiedliche Schaltverhalten der ersten und zweiten Schalteinheit (20, 30) auf unterschiedlichen physikalischen Effekten in Schaltkammern (21, 31) der Schalteinheiten (20, 30) beruht.
3. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die erste Schalteinheit (20) beim Ausschalten des Gleichstromes (I) eine größere Lichtbogenbrennspannung als die zweite Schalteinheit (30) erzeugt.
4. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Schalteinheit (20) eine Isoliergasschalteinheit ist .
5. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach einem der voranste- henden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die zweite Schalteinheit (30) derart ausgestaltet ist, dass sie Ströme mit größerer Stromsteilheit beim Nulldurchgang als die erste Schalteinheit (20) schalten kann.
6. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die zweite Schalteinheit (30) eine Vakuumschalteinheit ist.
7. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Gleichstromschalteinrichtung (10) eine Verzögerungsein- richtung (110) aufweist, die beim Ausschalten des Gleichstromes (I) die zweite Schalteinheit (30) zeitlich nach der ersten Schalteinheit (20) öffnet.
8. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Verzögerungseinrichtung (110) ein Getriebe aufweist oder durch ein Getriebe gebildet ist, das zwischen der zweiten Schalteinheit (30) und einem, die beiden Schalteinheiten (20, 30) antreibenden Antrieb (100) der Gleichstromschalteinrich- tung (10) geschaltet ist.
9. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Verzögerungseinrichtung (110) einen Federsprungmechanis- mus aufweist oder durch einen Federsprungmechanismus gebildet ist, der zwischen die zweite Schalteinheit (30) und einen Antrieb (100) der Gleichstromschalteinrichtung (10) geschaltet ist und während oder nach dem Ausschalten der ersten Schalt- einheit (20) gespannt wird und zum Ausschalten der zweiten Schalteinheit (30) freigegeben wird.
10. Gleichstromschalteinrichtung (10) nach einem der voran- stehenden Ansprüche 7 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Verzögerungsdauer der Verzögerungseinrichtung (110) und die Eigenfrequenz des Schwingkreises (50) derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Ausschalten der zweiten Schaltein- heit (30) erst dann begonnen wird, wenn die Amplitude des oszillierenden Schwingstroms (Io) einen Wert von mindestens 75% des auszuschaltenden Gleichstromes (I) aufweist, und/oder erst nach einer Zeitspanne begonnen wird, die mindestens das Dreifache der Eigenfrequenz des Schwingkreises (50) beträgt.
11. Verfahren zum Abschalten eines Gleichstromes (I), insbesondere eines Gleichstromes im kA-Bereich, bei dem
eine Schalteinheit (20) ausgeschaltet wird und ein Lichtbogen erzeugt wird,
- mit der an dem Lichtbogen auftretenden Lichtbogenspannung ein Schwingkreis (50) angeregt wird und oszillierender Schwingstrom (Io) erzeugt wird, der sich mit dem während des Ausschaltens noch durch die erste Schalteinheit (20) fließenden Gleichstrom (Is) unter Bildung eines Überlage- rungsstromes (Ig) überlagert, und
beim Nulldurchgang des ÜberlagerungsStromes (Ig) der Überlagerungsstrom (Ig) abgeschaltet wird und die im
Schwingkreis (50) gespeicherte Energie durch einen
Abieiter (40) abgebaut wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
mit der Schalteinheit, nachfolgend erste Schalteinheit (20) genannt, eine zweite Schalteinheit (30) in Reihe geschaltet ist, deren Schaltverhalten sich von dem der ersten Schalteinheit (20) unterscheidet, und
- das Abschalten des durch die Reihenschaltung der beiden Schalteinheiten (20, 30) fließenden ÜberlagerungsStromes (Ig) beim Nulldurchgang durch die zweite Schalteinheit (30) erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die erste Schalteinheit (20) beim Ausschalten des Gleichstro- mes (I) eine größere Lichtbogenbrennspannung als die zweite Schalteinheit (30) erzeugt und die zweite Schalteinheit (30) oszillierende Ströme mit größerer Stromsteilheit beim Nulldurchgang als die erste Schalteinheit (20) schalten kann.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die zweite Schalteinheit (30) verzögert nach der ersten
Schalteinheit (20) geöffnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Ausschalten der zweiten Schalteinheit (30) erst dann begonnen wird, wenn die Amplitude des oszillierenden Schwingstroms (Io) einen Wert von mindestens 75% des auszuschalten- den Gleichstromes (I) aufweist, und/oder erst nach einer
Zeitspanne begonnen wird, die mindestens das Dreifache der Eigenfrequenz des Schwingkreises (50) beträgt.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 11-14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
während oder nach dem Ausschalten der ersten Schalteinheit (20) ein FederSprungmechanismus gespannt wird und das Ausschalten der zweiten Schalteinheit (30) erfolgt, indem der gespannte FederSprungmechanismus freigegeben wird.
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