WO2015058813A1 - Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb - Google Patents

Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb Download PDF

Info

Publication number
WO2015058813A1
WO2015058813A1 PCT/EP2013/072423 EP2013072423W WO2015058813A1 WO 2015058813 A1 WO2015058813 A1 WO 2015058813A1 EP 2013072423 W EP2013072423 W EP 2013072423W WO 2015058813 A1 WO2015058813 A1 WO 2015058813A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
moving contact
contact
separator unit
unit
moving
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/072423
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Bachmaier
Andreas GÖDECKE
Denis Imamovic
Sylvio Kosse
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to RU2016119355A priority Critical patent/RU2658318C2/ru
Priority to PCT/EP2013/072423 priority patent/WO2015058813A1/de
Priority to KR1020167013943A priority patent/KR101841859B1/ko
Priority to CN201380080734.9A priority patent/CN105706204A/zh
Priority to US15/031,879 priority patent/US9653243B2/en
Priority to EP13792273.8A priority patent/EP3044799B1/de
Publication of WO2015058813A1 publication Critical patent/WO2015058813A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H01H1/385—Contact arrangements for high voltage gas blast circuit breakers
    • 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
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/285—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electro-dynamic repulsion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/023—Details concerning sealing, e.g. sealing casing with resin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/023—Details concerning sealing, e.g. sealing casing with resin
    • H01H2050/025—Details concerning sealing, e.g. sealing casing with resin containing inert or dielectric gasses, e.g. SF6, for arc prevention or arc extinction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2201/00—Contacts
    • H01H2201/022—Material

Definitions

  • the invention relates to a disconnector unit for interrupting an electrical line with a contact arrangement and an electromagnetic drive means.
  • the contact arrangement has a first and a second fixed contact and a guided moving contact, wherein the terms contact and contact piece in this context are understood to be synonymous.
  • the electromagnetic drive means is arranged to move the moving contact.
  • the disconnecting unit can assume a first and a second state, wherein in the first state there is no electrical connection between the first and the second fixed contact, while in the second state the moving contact electrically connects the two fixed contacts to one another.
  • the separator unit can be moved by moving the moving contact from the second to the first state.
  • Switching systems with the separator unit of this type are already known and are generally used in medium and high voltage engineering for the switching of currents, in particular short-circuit currents. They are used in particular in networks of the electrical power supply, where short circuit currents can lead to a separation of the energy flow to the consumer and on the other hand to high mechanical loads of current-carrying network components.
  • Häfner et al. describe in their article "Proactive Hybrid HVDC Breakers - A Key Innovation for Reliable HVDC Grids", Integrating Super Grids and Microgrids International Symposium, 2011, a hybrid DC switching system in which the main path is a mechanical circuit breaker and an electronic circuit breaker. includes niche auxiliary switch.
  • a power switching unit is arranged, which is a series circuit of electronic
  • the circuit breaker Has switches. If the circuit breaker has reached the necessary dielectric strength, the short circuit current can be interrupted by the circuit breaker unit. The released energy is dissipated in non-linear resistors of the circuit breaker.
  • the moving contact of the contact arrangement is in this case realized as a massive copper disk, which is guided movably perpendicular to the current flow direction.
  • the electromagnetic drive means comprises a Thomson coil arranged coaxially with the copper disk. Utilizing the Thomson effect, the moving contact can be moved so that the interrupter unit is transferred from the second to the first state.
  • the separator unit according to the invention is more compact than the previously known separator units. Further advantages are: a very short reaction time, since the electromagnetic field exerts its effect directly on the moving contact; very short movement times, because no additional mechanical parts have to be moved; easy control of the movement of the guided moving contact, including the acceleration and deceleration by the magnetic field; Achieving repetition rates with very short times between the two states of the separator unit; Avoidance of additional masses in the arrangement.
  • the electromagnetic drive for example, in contrast to the explosion drive can be actuated as often as desired.
  • the electromagnetic drive does not require any insulation between high-voltage-carrying parts and a drive stator.
  • the recess of the second fixed contact is preferably set up for guiding the moving contact.
  • the moving contact in the second state of the disconnector unit makes the electrical connection between the two fixed contacts in that it contacts the two fixed contacts simultaneously.
  • the separating unit is in the first state transfer, so the contact between the moving contact and the first fixed contact is disconnected.
  • the contact between the moving contact and the second fixed contact preferably also exists when the disconnecting unit is in the first state.
  • the first fixed contact also has a recess.
  • the moving contact engages at least partially in the recess of the first fixed contact when the disconnector unit is in the second state.
  • the moving contact engages both in the recess of the first fixed contact and in the recess of the second fixed contact when the
  • Separator unit is in the second state.
  • this can be solved, for example, from the recess in the first fixed contact to engage in the recess corresponding to deeper in the second fixed contact.
  • the recesses are preferably to be designed such that the engagement of the moving contact in the respective recess provides a secure electrical connection between the respective fixed contact and the moving contact.
  • the moving contact is braked by suitable measures after its acceleration, in order to avoid a so-called "bouncing", that is, a - possibly multiple - rearward displacement of the moving contact.
  • This rearward displacement can lead to a separate electrical connection between the two festival clocks can be restored accidentally.
  • the recesses are to suitably be dimensioned such that in each case a portion of the recess can be used as a damping chamber.
  • the recess of the second fixed contact is arranged for longitudinally movable guidance of the moving contact. This simplifies the geometry of the arrangement and eliminates any additional guide means for the movement of the moving contact.
  • the moving contact is movable within the recess along a longitudinal axis, wherein it is inserted deeper into the recess or led out of the recess.
  • the moving contact is a pin-shaped pin contact.
  • the pin contact may, for example, have an approximately circular cylindrical geometry. It is also conceivable that the recess in the second fixed contact is designed complementary to the shape of the pin contact, so that the recess for guiding the pin contact is particularly well suited.
  • the moving contact comprises a ferromagnetic core and an at least partially enclosing and electrically conductive outer shell.
  • the outer shell has a high conductivity.
  • the outer shell can be made of copper or aluminum.
  • the conductivity of the outer shell is preferably more than 10 7 A / Vm. It is also conceivable that the core is a permanent magnet.
  • the weight of the moving contact is between 1 g and 10 kg, a weight between 10 g and 1 kg is particularly suitable.
  • the first and the second fixed contact are formed as electrically conductive tulip contacts.
  • the tulip-shaped fixed contacts for example, particularly well with the pin-shaped
  • the contact arrangement has a circular cylindrical geometry.
  • the moving contact and the two fixed contacts are circular-cylindrical.
  • the moving contact is displaceable along the cylinder axis.
  • the recess of the second fixed contact can be designed such that the moving contact can be guided by means of the recess along the cylinder axis.
  • the diameter of the moving contact is not larger than an inner diameter of the recess.
  • the separator unit may further comprise a housing.
  • the housing is filled with an insulating gas.
  • the housing is gas-tight and designed such that the contact arrangement in the contacting region between the first fixed contact and the moving contact and between the moving contact and the second fixed contact is enveloped by the insulating gas.
  • the insulating gas should have the highest possible dielectric strength. Therefore, in particular, the gas SF 6 is suitable as an insulating gas. However, it is also conceivable to use another suitable gas or gas mixture, such as a of N 2 and SF 6, wherein the weight percentage of SF 6 is between 10% and 50% may be mixed. It is advantageous if the insulating gas can fulfill the function of a quenching gas to avoid arcing. However, since the disconnecting unit essentially opens only small currents when opening the contacts in the event of a short circuit, this function of the insulating gas is not of decisive importance for the present invention.
  • the insulating gas is in the housing under a pressure of 1 bar to 10 bar, more preferably from 7 to 9 bar.
  • the electromagnetic drive means may comprise a coil.
  • the coil is preferably arranged concentrically around the moving contact.
  • the coil is disposed within the housing.
  • the coil can also be arranged outside the housing.
  • the separator unit may further comprise two coils, wherein a first coil is associated with the first fixed contact and a second coil is associated with the second fixed contact.
  • the moving contact for example the ferromagnetic core of the moving contact
  • the magnetic field of the coil and the magnetic field of the moving contact have the same polarity (reluctance effect).
  • the coil is arranged on the second fixed contact, the moving contact can be moved away from the first fixed contact in the direction of the second fixed contact.
  • the disconnector unit can be transferred from the second to the first state.
  • the switching time in this case depends on the inductance of the coil.
  • the coil current is to be adapted to the force to be applied and may be, for example, in the range between 10 A and 500 A, preferably between 20 A and 200 A.
  • both effects for moving the moving contact can be combined by suitable control of the current flow through the coils.
  • the separator unit having a combination of the features described above may be incorporated into a DC hybrid switching system for Be integrated medium and high voltage systems.
  • the hybrid switching system is preferably to be used at voltages in the range of more than 1 kV, preferably more than 70 kV.
  • the hybrid switching system comprises an operating current leading, the mechanical isolator unit comprising the main path and a parallel, an electronic circuit breaker comprehensive bypass path.
  • the hybrid switching system can also auxiliary switches and other elements and other paths, for example, parallel to the
  • the separator unit may have one or a combination of several features described above.
  • the disconnector unit according to the invention can be used in a direct voltage network (DC network) or a multi-terminal system comprising a plurality of converter systems.
  • DC network direct voltage network
  • multi-terminal system it is often necessary according to the prior art to disconnect the entire system from the grid in the event of a fault, for example a short circuit, whereby the converter installations must be shut down. Only after the fault has been corrected can the system be restarted and put into operation.
  • the disconnector unit can be used to disconnect a connection between converter systems of the system in the event of a fault, in order to disconnect the part of the system which is affected by the error. Due to the fast switching time of the separator unit, a breakdown of the entire system can be prevented.
  • At least one of the converter systems may, for example, be a self-commutated high-voltage direct current transmission system (HVDC system). It may, for example, comprise a multi-stage inverter having phase modules with submodules connected in series, the two-pole submodules being designed as full-bridge circuits or half-bridge circuits.
  • HVDC system can switch the connection to be disconnected without current and voltage, so that the disconnector unit can then disconnect the connection.
  • Figure 1 shows an embodiment of a separator unit according to the invention in a schematic cross-sectional view
  • Figure 2 shows a further embodiment of the separator unit according to the invention in a schematic cross-sectional view
  • Figure 3 shows an embodiment of a moving contact in a schematic cross-sectional view
  • FIG. 4 shows a first application example of the separator unit according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 5 shows a second application example of the separator unit according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a mechanical separator unit 1 according to the invention.
  • the disconnector unit 1 comprises a contact arrangement which has a first fixed contact 2, a second fixed contact 3 and a moving contact 4. Furthermore, the Separator unit 1, an electromagnetic drive means having two coils 5, 6.
  • the disconnector unit 1 is connected via the two fixed contacts 2, 3 to a conduction path of a switching system.
  • the separator unit 1 has a cylindrical symmetry.
  • the moving contact 4 is accordingly formed in the form of a pin-shaped pin contact.
  • the fixed contacts 2, 3 have the
  • Shape of (circular) cylindrically symmetrical tulip contacts Each have a ring shape and are placed concentrically around the fixed contacts 2, 3, wherein the coil 5 is the first fixed contact 2 and the coil 6 the second fixed contact 3 assigned.
  • the symmetry axis of the separator unit 1 is indicated by the line 9.
  • the first fixed contact 2 has a recess 21.
  • the dimensions of the recess 21 are dimensioned such that a portion of the recess 21 can serve as a damping chamber.
  • FIG. 1 shows the disconnecting unit 1 in a second state, in which an electrical connection between the first fixed contact 2 and the second fixed contact 3 is established.
  • the moving contact 4 engages both in the recess 21 and in the recess 31.
  • the surface of the moving contact 4 and the first fixed contact 2 and the moving contact 4 and the second fixed contact 3 contact each other to make the electrical connection.
  • the contacting via a wegberg and the respective fixed contact arranged electrically conductive intermediate material is produced indirectly.
  • Such an intermediate substance is, for example, an electrically conductive lubricant.
  • the entire area in which the contacting takes place is enclosed by a housing 7 in a gastight manner.
  • the housing is filled in its interior 8 with an insulating gas.
  • the insulating gas According to the embodiment shown in Figure 1, the insulating gas
  • a current flow in the coil 6 generates a magnetic field, which causes its movement in the direction of the second fixed contact 3 due to the resulting reluctance force on the moving contact.
  • the moving contact 4 thereby engages deeper into the recess 31, wherein the contact between the moving contact 4 and the first fixed contact 2 is separated.
  • the separator unit 1 is thus placed in the first state in which there is no electrical connection between the two fixed contacts 2, 3.
  • a current flow in the coil 5 is generated (the coil 6 does not carry current), whereby the corresponding reluctance force causes a movement of the moving contact 4 in the direction of the coil 5, wherein the Moving contact 4 engages in the recess 21 in the first fixed contact 2 and establishes a contact of the first fixed contact 2 with the moving contact 4.
  • the length of the moving contact 4 is dimensioned such that the moving contact 4 in an end position (which essentially corresponds to the position of the moving contact shown in FIG. 1) can establish the electrical connection between the two fixed contacts 2, 3, so that the disconnector unit 1 is in the second state.
  • an increasing current flow in the coil 5 can bring about the movement of the moving contact 4 in the direction of the second fixed contact 3, whereby the disconnector unit 1 can be transferred from the second to the first state.
  • a corresponding current increase in the coil 6 can bring about a movement of the moving contact 4 back into the position shown in FIG.
  • the coils 5, 6 are arranged within the housing 7.
  • the supply lines (not shown) to the coils 5, 6 are accordingly equipped with gas-tight bushings (not shown).
  • Figure 2 shows a further embodiment of a separator unit 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the embodiment of Figure 2 corresponds substantially to the embodiment of Figure 1 with the difference that the cylindrically shaped housing 7 has a smaller
  • the coils 5, 6 are accordingly arranged outside the housing 7. In this embodiment, therefore, can be dispensed with gas-tight feedthroughs of the leads to the coils 5, 6.
  • 3 shows an embodiment of the moving contact 4 is shown in a schematic cross-sectional view.
  • the moving contact 4 has a (circular) cylindrically symmetrical geometry, the symmetry axis being indicated by the line 9.
  • the moving contact 4 comprises a ferromagnetic core 41 made of iron and a well-conductive outer shell 42 made of aluminum.
  • the ferromagnetic core 41 in this case has the function of establishing and / or amplifying the magnetic field interacting with the magnetic field of the coils 5, 6 of the moving contact 4.
  • the diameter of the core 41 shown in FIG. 3 (in relation to the diameter of the moving contact 4) can be varied depending on the application.
  • FIG. 4 shows an application example of the separator unit 1 in a schematic representation.
  • FIG. 4 illustrates a hybrid switching system 10, wherein the hybrid switching system 10 comprises the disconnector unit 1.
  • the hybrid switching system 10 includes a main path 12 and a bypass path 13.
  • the main path 12 and the bypass path 13 are connected in parallel with each other.
  • the main path 12 includes the separation unit 1 and an auxiliary switch 11.
  • the bypass path 13 includes a power switch 14.
  • the auxiliary switch 11 includes a number of electronic switches formed as IGBT modules.
  • the power switch 14 includes a plurality of series-connected electronic switches acting as IGBT modules are formed.
  • the auxiliary switch 11 may comprise two IGBT modules, while the power switch 14 may comprise up to several hundreds of IGBT modules.
  • the operating current flows substantially across the main path 12, since the resistance of the power switch 14 is much higher than the resistance of the disconnecting unit 1 and the auxiliary switch 11.
  • the current in the main path initially increases approximately exponentially.
  • the auxiliary switch 11 is adapted to switch off in such a case with the smallest possible time delay, preferably in the microsecond range, whereby the further rising current is commutated in the bypass path 13.
  • the disconnector unit 1 is then transferred to the first state, so that the auxiliary switch 11 is not damaged by the high voltage applied (up to several hundred kilovolts).
  • the current commutated in the bypass path can then be limited.
  • the hybrid switching system 10 may be formed as a unidirectional or bidirectional switch.
  • the hybrid switching system 10 is set up as a bidirectional switch, which is indicated graphically by corresponding symbols.
  • FIG. 5 shows a simple example of a multi-terminal system 22 with three converter stations 15, 16, 17, which are designed as self-commutated multi-stage converters.
  • the converter station 15 is connected to a three-phase AC voltage network 201 (not shown in detail in FIG. 5).
  • the inverter stations 16 and 17 are connected to AC networks 202 and 203, respectively.
  • the converter stations 15, 16, 17 are connected to one another via the two differently poled DC lines 18 and 19.
  • the energy provided in the AC voltage network 201 is converted into DC voltage in the converter station 15.
  • the disconnector unit 1 is arranged in the DC line 18.
  • the DC voltage line is switched off and de-energized, so that the disconnector unit 1 can be converted into its opening (first) state.
  • the DC line 18 can be interrupted and the faulty inverter station 17 are separated from the intact part of the system. Subsequently, the intact, the converter stations 15, 16 comprehensive part of the system can be put back into operation. The entire process can be completed in less than 300 ms so that a possible failure of the energy to be provided by the system can be minimized in time.
  • the separator unit according to the invention can also be used in larger systems and DC networks with a higher number of converter stations. Their use can be particularly advantageous, for example, in meshed DC networks.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanische Trennereinheit 1 zum Unterbrechen einer Leitung. Die Trennereinheit 1 umfasst dabei eine Kontaktanordnung und ein elektromagnetisches Antriebsmittel 5, 6. Die Kontaktanordnung weist einen ersten und einem zweiten Festkontakt 2, 3 sowie einen geführten Be- wegkontakt 4. Das elektromagnetische Antriebsmittel 5, 6 ist zum Bewegen des Bewegkontaktes 4 eingerichtet. Die Trennereinheit 1 kann einen ersten und einen zweiten Zustand einnehmen, wobei in dem ersten Zustand keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Festkontakt 2, 3 besteht, und in dem zweiten Zustand der Bewegkontakt 4 die beiden Festkontakte 2, 3 elektrisch miteinander verbindet. Die Trennereinheit 1 ist durch Bewegung des Bewegkontaktes 4 vom zweiten in den ersten Zustand überführbar. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Festkontakt 3 eine Ausnehmung 31 zur Aufnahme des Bewegkontaktes 4 aufweist, und dass der Bewegkontakt 4 zumindest teilweise in die Ausnehmung 31 eingreift, wenn die Trennereinheit 1 sich im ersten Zustand befindet.

Description

Beschreibung
Trennereinheit mit elektromagnetischem Antrieb Die Erfindung betrifft eine Trennereinheit zum Unterbrechen einer elektrischen Leitung mit einer Kontaktanordnung und einem elektromagnetischen Antriebsmittel. Die Kontaktanordnung weist einen ersten und einem zweiten Festkontakt sowie einen geführten Bewegkontakt, wobei die Begriffe Kontakt und Kon- taktstück in diesem Zusammenhang als synonym verstanden werden. Das elektromagnetische Antriebsmittel ist zum Bewegen des Bewegkontaktes eingerichtet. Die Trennereinheit kann einen ersten und einen zweiten Zustand einnehmen, wobei in dem ersten Zustand keine elektrische Verbindung zwischen dem ers- ten und dem zweiten Festkontakt besteht, während in dem zweiten Zustand der Bewegkontakt die beiden Festkontakte elektrisch miteinander verbindet. Die Trennereinheit ist durch Bewegung des Bewegkontaktes vom zweiten in den ersten Zustand überführbar .
Schaltsysteme mit der Trennereinheit dieser Art sind bereits bekannt und dienen im Allgemeinen in der Mittel- und Hochspannungstechnik zur Schaltung von Strömen, insbesondere Kurzschlussströmen. Sie werden insbesondere in Netzen der elektrischen Energieversorgung eingesetzt, wo Kurzschlussströme einerseits zu einer Trennung des Energieflusses zum Verbraucher und anderseits zu hohen mechanischen Belastungen von stromführenden Netzkomponenten führen können. Häfner et al . beschreiben in ihrem Aufsatz „Proactive Hybrid HVDC Breakers - A key Innovation for reliable HVDC grids"; Integrating supergrids and microgrids International Symposium, 2011, ein hybrides Gleichstrom-Schaltsystem, bei dem der Hauptpfad einen mechanischen Trennschalter und einen elektro- nischen Hilfsschalter umfasst. Im Kurzschlussfall wird der ansteigende Kurzschlussstrom mittels des Hilfsschalters von dem Hauptpfad auf einen Überbrückungspfad kommutiert, wobei gleichzeitig das Öffnen des Trennschalters in Gang gesetzt wird. Im Überbrückungspfad ist eine Leistungsschalteinheit angeordnet, die eine Reihenschaltung von elektronischen
Schaltern aufweist. Hat der Trennschalter die notwendige Spannungsfestigkeit erreicht, kann der Kurzschlussstrom durch die Leistungsschaltereinheit unterbrochen werden. Die dabei frei werdende Energie wird in nicht linearen Widerständen der Leistungsschalter abgebaut.
In bekannten mechanischen Trennschaltern von Mittel- und Hochspannungsschaltsystemen werden für das mechanische Öffnen und Schließen des Kontaktsystems meist Federspeicherantriebe verwendet. Die dabei erzielbaren Schaltzeiten sind auf einige 10 bis 50 ms festlegt. Für Schaltsysteme in Hochspannungs- gleichstromübertragungsanlagen (HGÜ) beispielsweise sind diese Schaltzeiten wesentlich zu groß, so dass Lösungen mit schnelleren Schaltzeiten wünschenswert sind.
Im Aufsatz von J-M. Meyer et al . „A DC Hybrid Circuit Breaker With Ultra-Fast Contact Opening and Integrated Gate- Commutated Thyristors (IGCTs)"; IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 21, No 2 , 2006, ist die mechanische
Trennereinheit der eingangs genannten Art beschrieben. Der Bewegkontakt der Kontaktanordnung ist hierbei als eine massive Kupferscheibe realisiert, die senkrecht zur Stromflussrichtung beweglich geführt ist. Das elektromagnetische An- triebsmittel umfasst eine zur Kupferscheibe koaxial angeordnete Thomson-Spule. Unter Ausnutzung des Thomson-Effekts kann der Bewegkontakt bewegt werden, so dass die Unterbrechereinheit von dem zweiten in den ersten Zustand überführt wird. Ausgehend vom Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Trennereinheit der eingangs genannten Art vorzuschlagen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der zweite Festkontakt der Kontaktanordnung eine Ausnehmung zur Aufnahme des Bewegkontaktes aufweist, und dass der Bewegkontakt zumindest teilweise in die Ausnehmung eingreift, wenn die Trennereinheit sich im ersten Zustand befindet.
Die erfindungsgemäße Trennereinheit ist kompakter als die bisher bekannten Trennereinheiten. Weitere Vorteile sind: eine sehr kurze Reaktionszeit, da das elektromagnetische Feld seine Wirkung unmittelbar am Bewegkontakt entfaltet; sehr kurze Bewegungszeiten, weil keine zusätzlichen mechanischen Teile bewegt werden müssen; einfache Steuerung der Bewegung des geführten Bewegkontaktes, einschließlich das Beschleunigen und Abbremsen durch das Magnetfeld; Erzielung von Wiederholraten mit sehr kurzen Zeiten zwischen den beiden Zuständen der Trennereinheit; Vermeidung von zusätzlichen Massen in der Anordnung. Ferner kann der elektromagnetische Antrieb beispielsweise im Gegensatz zum Explosionsantrieb beliebig oft aktuiert werden. Durch den elektromagnetischen Antrieb braucht zudem keine Isolierung zwischen Hochspannungsführen- den Teilen und einem Antriebsstator berücksichtigt werden.
Die Ausnehmung des zweiten Festkontaktes ist vorzugsweise zum Führen des Bewegkontaktes eingerichtet. Dabei stellt der Bewegkontakt im zweiten Zustand der Trennereinheit die elektri- sehe Verbindung zwischen den beiden Festkontakten dadurch her, dass er die beiden Festkontakte gleichzeitig kontaktiert steht. Wird der Bewegkontakt aufgrund einer elektromagnetischen Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Antriebsmittel bewegt, um die Trennereinheit in den ersten Zustand zu überführen, so ist der Kontakt zwischen dem Bewegkontakt und dem ersten Festkontakt getrennt. Die Kontaktierung zwischen dem Bewegkontakt und dem zweiten Festkontakt besteht dagegen vorzugsweise auch dann, wenn sich die Trennereinheit im ers- ten Zustand befindet.
Gemäß einer Ausführungsordnung der Erfindung weist der erste Festkontakt ebenfalls eine Ausnehmung auf. Der Bewegkontakt greift zumindest teilweise in die Ausnehmung des ersten Fest- kontaktes ein, wenn sich die Trennereinheit im zweiten Zustand befindet.
Durch den Eingriff des Bewegkontaktes in die Ausnehmungen des ersten bzw. des zweiten Festkontaktes kann eine besonders stabile Konfiguration der Trennereinheit realisiert werden.
Es ist ferner denkbar, dass der Bewegkontakt sowohl in die Ausnehmung des ersten Festkontaktes als auch in die Ausnehmung des zweiten Festkontaktes eingreift, wenn sich die
Trennereinheit im zweiten Zustand befindet. Beim Bewegen des Bewegkontaktes kann dieser sich beispielsweise aus der Ausnehmung im ersten Festkontakt lösen, um in die Ausnehmung im zweiten Festkontakt entsprechend tiefer einzugreifen. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise derart auszugestalten, dass der Eingriff des Bewegkontaktes in die jeweilige Ausnehmung eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Festkontakt und dem Bewegkontakt bietet .
Es ist von Vorteil, wenn der Bewegkontakt nach dessen Be- schleunigung durch geeignete Maßnahmen abgebremst wird, um ein sogenanntes „Bouncing" zu vermeiden, dass heißt, eine - unter Umständen mehrfache - Rückverlagerung des Bewegkontaktes. Diese Rückverlagerung kann dazu führen, dass eine getrennte elektrische Verbindung zwischen den beiden Festkon- takten unbeabsichtigt wiederhergestellt werden kann. Die Ausnehmungen sind dazu geeigneterweise derart zu dimensionieren, dass jeweils ein Teilbereich der Ausnehmung als Dämpfungskammer genutzt werden kann.
Es kann außerdem von Vorteil sein, wenn die Ausnehmung des zweiten Festkontaktes zur längsbeweglichen Führung des Bewegkontaktes eingerichtet ist. Dies vereinfacht die Geometrie der Anordnung und macht eventuelle zusätzliche Führungsmittel für die Bewegung des Bewegkontaktes verzichtbar. Der Bewegkontakt ist innerhalb der Ausnehmung entlang einer Längsachse bewegbar, wobei er in die Ausnehmung tiefer eingeführt oder aus der Ausnehmung herausgeführt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Bewegkontakt ein stiftförmiger Pinkontakt. Der Pinkontakt kann beispielsweise eine annähernd kreiszylindrische Geometrie aufweisen. Es ist ferner denkbar, dass die Ausnehmung im zweiten Festkontakt formkomplementär zum Pinkontakt ausgestaltet ist, so dass die Ausnehmung zur Führung des Pinkontaktes besonders gut geeignet ist.
Vorzugsweise umfasst der Bewegkontakt einen ferromagnetischen Kern und eine diesen zumindest teilweise umschließende und elektrisch leitende Außenhülle. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Außenhülle eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Beispielsweise kann die Außenhülle aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sein. Die Leitfähigkeit der Außenhülle beträgt vorzugsweise mehr als 107 A/Vm. Es ist darüber hinaus denkbar, dass der Kern ein Permanentmagnet ist.
Je leichter der Bewegkontakt ist, desto kleiner sind die zu seiner Beschleunigung nötigen elektromagnetischen Kräfte. Dies wiederum erlaubt es, die Größe der Trennereinheit sowie die zum Betreiben des elektromagnetischen Antriebsmittels erforderliche Energie zu reduzieren. Geeigneterweise liegt das Gewicht des Bewegkontaktes zwischen 1 g und 10 kg, besonders geeignet ist ein Gewicht zwischen 10 g und 1 kg.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite Festkontakt als elektrisch leitende Tulpenkontakte ausgebildet. Die tulpenförmigen Festkontakte können beispielsweise besonders gut mit dem stiftförmigen
Pinkontakt zur Herstellung der elektrischen Verbindung zusammenwirken .
Vorzugsweise weist die Kontaktanordnung eine kreiszylindrische Geometrie auf. Dabei sind der Bewegkontakt und die bei- den Festkontakte kreiszylindersymmetrisch ausgebildet. Der Bewegkontakt ist entlang der Zylinderachse verlagerbar. Die Ausnehmung des zweiten Festkontaktes kann dabei derart ausgebildet sein, dass der Bewegkontakt mittels der Ausnehmung entlang der Zylinderachse führbar ist. Der Durchmesser des Bewegkontaktes ist nicht größer als ein Innendurchmesser der Ausnehmung .
Die Trennereinheit kann ferner ein Gehäuse umfassen. Das Gehäuse ist dabei mit einem Isoliergas gefüllt. Vorzugsweise ist das Gehäuse gasdicht und derart ausgebildet, dass die Kontaktanordnung im Kontaktierbereich zwischen dem ersten Festkontakt und dem Bewegkontakt sowie zwischen dem Bewegkontakt und dem zweiten Festkontakt von dem Isoliergas umhüllt ist .
Das Isoliergas sollte möglichst hohe Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Daher eignet sich insbesondere das Gas SF6 als Isoliergas. Es ist aber auch denkbar, ein anderes geeignetes Gas oder Gasgemisch einzusetzen, wie beispielsweise ein Ge- misch aus N2 und SF6, wobei der Gewichtsanteil von SF6 zwischen 10% und 50% liegen kann. Es ist von Vorteil, wenn das Isoliergas die Funktion eines Löschgases zur Vermeidung von Lichtbögen erfüllen kann. Da die Trennereinheit beim Öffnen der Kontakte im Kurzschlussfall jedoch im Wesentlichen nur kleine Ströme führt, ist diese Funktion des Isoliergases für die vorliegende Erfindung nicht von entscheidender Bedeutung.
Vorzugsweise befindet sich das Isoliergas im Gehäuse unter einem Druck von 1 bar bis 10 bar, besonders bevorzugt von 7 bis 9 bar.
Das elektromagnetische Antriebsmittel kann eine Spule umfassen. Dabei ist die Spule bevorzugt konzentrisch um den Beweg- kontakt angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spule innerhalb des Gehäuses angeordnet . Die Spule kann aber auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein .
Die Trennereinheit kann ferner auch zwei Spulen umfassen, wobei eine erste Spule dem ersten Festkontakt zugeordnet ist und eine zweite Spule dem zweiten Festkontakt zugeordnet ist.
Zur Bewegung des Bewegkontaktes können zwei physikalische Effekte genutzt werden. Ein ansteigender Strom in der Spule induziert über das sich entsprechend aufbauende Magnetfeld der Spule einen Zirkular- stromfluss in der Außenhülle des Bewegkontaktes, wodurch wiederum ein Magnetfeld um den Bewegkontakt erzeugt wird, dessen Polarität dem Magnetfeld der Spule entgegen gesetzt ist. Es ergibt sich eine resultierende Kraft (Lorentzkraft) auf den Bewegkontakt, durch die der Bewegkontakt von der Spule weg bewegt wird. Ist die Spule am ersten Festkontakt angeordnet, so kann der Bewegkontakt vom ersten Festkontakt weg in Rich- tung des zweiten Festkontaktes bewegt werden, wodurch die Trennereinheit in den ersten Zustand überführt werden kann. Basierend auf diesem transienten Effekt können sehr schnelle Schaltzeiten im Bereich von wenigen Millisekunden (beispielsweise kleiner als 10 ms) erreicht werden. Entsprechendes gilt für einen abklingenden Strom in der Spule. Die Stromänderung in der Spule muss jeweils entsprechend der aufzubringenden Kraft gewählt sein.
Fließt ein konstanter Strom in der Spule, so kann der Beweg- kontakt, beispielsweise der ferromagnetische Kern des Bewegkontaktes, magnetisiert werden. In diesem Fall haben das Magnetfeld der Spule und das Magnetfeld des Bewegkontaktes die gleiche Polarität (Reluktanzeffekt) . Ist die Spule am zweiten Festkontakt angeordnet, so kann der Bewegkontakt vom ersten Festkontakt weg in Richtung des zweiten Festkontaktes bewegt werden. Dadurch kann die Trennereinheit vom zweiten in den ersten Zustand überführt werden. Die Schaltzeit hängt in diesem Fall von der Induktivität der Spule ab. Der Spulenstrom ist an die aufzubringende Kraft anzupassen und kann bei- spielsweise im Bereich zwischen 10 A und 500 A, vorzugsweise zwischen 20 A und 200 A liegen.
Umfasst das elektromagnetische Antriebsmittel mehr als eine Spule können beide Effekte zum Bewegen des Bewegkontaktes durch geeignete Steuerung des Stromflusses durch die Spulen kombiniert werden.
Die Trennereinheit mit einer Kombination der oben beschriebenen Merkmale kann in ein Gleichstrom-Hybridschaltsystem für Mittel- und Hochspannungsanlagen integriert sein. Bevorzugt ist dabei das Hybrid-Schaltsystem bei Spannungen im Bereich von mehr als 1 kV, vorzugsweise mehr als 70 kV anzuwenden. Das Hybridschaltsystem umfasst dabei einen Betriebsstrom führenden, die mechanische Trennereinheit umfassenden Hauptpfad und einen dazu parallelen, einen elektronischen Leistungsschalter umfassenden Überbrückungspfad . Des Weiteren kann das Hybrid-Schaltsystem auch Hilfsschalter und andere Elemente sowie weitere Pfade, die beispielsweise parallel zu dem
Hauptpfad geschaltet sind, umfassen. Die Trennereinheit kann dabei einen oder eine Kombination mehrerer zuvor beschriebener Merkmale aufweisen. Gemäß einem weiteren Anwendungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Trennereinheit in einem Gleichspannungsnetz (DC-Netz) oder einem Multiterminal -System, umfassend mehrere Umrichter- Anlagen, eingesetzt werden. In einem Multiterminal -System ist es nach dem Stand der Technik oftmals notwendig, bei einem Fehler, beispielsweise einem Kurzschluss, das gesamte System vom Netz zu trennen, wobei die Umrichter-Anlagen heruntergefahren werden müssen. Erst nach dem Beheben des Fehlers kann das System wieder hochge- fahren und in Betrieb genommen werden.
Die Trennereinheit kann in diesem Zusammenhang dazu verwendet werden, im Fehlerfall eine Verbindung zwischen Umrichter- Anlagen des Systems zu trennen, um den vom Fehler betroffenen Teil des Systems abzutrennen. Aufgrund der schnellen Schaltzeit der Trennereinheit kann ein Zusammenbrechen des gesamten Systems verhindert werden. Wenigstens eine der Umrichter-Anlagen kann beispielsweise eine selbstgeführte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage (HGÜ-Anlage) sein. Sie kann zum Beispiel einen Mehrstufen- Umrichter umfassen, der Phasenmodule mit in Reihe geschalte- ten Submodulen aufweist, wobei die zweipoligen Submodule als Vollbrücken-Schaltungen oder Halbbrücken-Schaltungen ausgebildet sind. Im Fehlerfall kann die HGÜ-Anlage die zu trennende Verbindung ström- und spannungslos schalten, so dass die Trennereinheit anschließend die Verbindung trennen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren 1 bis 5 näher erläutert .
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trennereinheit in einer schematischen Querschnittdarstellung;
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennereinheit in einer schematischen Querschnittdarstellung;
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Bewegkontaktes in einer schematischen Querschnittdarstellung;
Figur 4 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel der erfindungsge- mäßen Trennereinheit in einer schematischen Darstellung.
Figur 5 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Trennereinheit in einer schematischen Darstellung. Im Einzelnen ist in Figur 1 ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße mechanische Trennereinheit 1 dargestellt. Die Trennereinheit 1 umfasst eine Kontaktanordnung, die einen ersten Festkontakt 2, einen zweiten Festkontakt 3 sowie einen Bewegkontakt 4 aufweist. Ferner umfasst die Trennereinheit 1 ein elektromagnetisches Antriebsmittel, dass zwei Spulen 5, 6 aufweist.
Die Trennereinheit 1 ist über die beiden Festkontakte 2, 3 an einen Leitungspfad eines Schaltsystems angeschlossen.
In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Trennereinheit 1 eine zylindrische Symmetrie auf. Der Bewegkontakt 4 ist dementsprechend in Form eines stiftförmigen Pinkontaktes ausgebildet. Die Festkontakte 2, 3 haben die
Form von (kreis- ) zylindersymmetrischen Tulpenkontakten. Die Spulen 5, 6 weisen jeweils eine Ringform auf und sind konzentrisch um die Festkontakte 2, 3 gelegt, wobei die Spule 5 dem ersten Festkontakt 2 und die Spule 6 dem zweiten Festkon- takt 3 zugeordnet ist. Die Symmetrieachse der Trennereinheit 1 ist durch die Linie 9 angedeutet.
Der erste Festkontakt 2 weist eine Ausnehmung 21 auf. Die Maße der Ausnehmung 21 sind derart bemessen, dass ein Teilbe- reich der Ausnehmung 21 als Dämpfungskammer dienen kann.
Der zweite Festkontakt 3 weist ebenfalls eine Ausnehmung 31 auf . Figur 1 zeigt die Trennereinheit 1 in einem zweiten Zustand, in dem eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Festkontakt 2 und dem zweiten Festkontakt 3 hergestellt ist. In der in Figur 1 dargestellten Position greift der Bewegkontakt 4 sowohl in die Ausnehmung 21 als auch in die Ausnehmung 31 ein. Dabei kontaktieren die Oberfläche des Bewegkontaktes 4 und des ersten Festkontaktes 2 beziehungsweise des Bewegkontaktes 4 und des zweiten Festkontaktes 3 einander, um die elektrische Verbindung herzustellen. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass die Kontaktierung über einen zwischen dem Be- wegkontakt und dem jeweiligen Festkontakt angeordneten elektrisch Leitfähigen Zwischenstoff mittelbar hergestellt wird. Ein solcher Zwischenstoff ist beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Schmiermittel .
Der gesamte Bereich, in dem die Kontaktierung stattfindet, ist von einem Gehäuse 7 gasdicht umschlossen. Das Gehäuse ist in dessen Inneren 8 mit einem Isoliergas gefüllt. Gemäß dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Isoliergas
Ein Stromfluss in der Spule 6 erzeugt ein Magnetfeld, das aufgrund der resultierenden Reluktanzkraft auf den Bewegkontakt dessen Bewegung in Richtung des zweiten Festkontaktes 3 bewirkt. Der Bewegkontakt 4 greift dadurch tiefer in die Ausnehmung 31 ein, wobei der Kontakt zwischen dem Bewegkontakt 4 und dem ersten Festkontakt 2 getrennt wird. Die Trennereinheit 1 wird damit in den ersten Zustand versetzt, in dem keine elektrische Verbindung zwischen den beiden Festkontakten 2, 3 besteht.
Um den Bewegkontakt 4 aus der Ausnehmung 31 wieder (teilweise) herauszuführen, wird ein Stromfluss in der Spule 5 erzeugt (wobei die Spule 6 keinen Strom führt) , wodurch die entsprechende Reluktanzkraft eine Bewegung des Bewegkontaktes 4 in Richtung der Spule 5 bewirkt, wobei der Bewegkontakt 4 in die Ausnehmung 21 im ersten Festkontakt 2 eingreift und eine Kontaktierung des ersten Festkontaktes 2 mit dem Bewegkontakt 4 herstellt. Die Länge des Bewegkontaktes 4 ist dabei derart dimensioniert, dass der Bewegkontakt 4 in einer Endposition (die im Wesentlichen der in Figur 1 dargestellten Position des Bewegkontaktes entspricht) die elektrische Verbindung zwischen den beiden Festkontakten 2, 3 herstellen kann, so dass sich die Trennereinheit 1 in dem zweiten Zustand befindet .
Ein ansteigender Stromfluss in der Spule 5 kann unter Ausnut- zung der Lorentzkraft die Bewegung des Bewegkontaktes 4 in Richtung des zweiten Festkontaktes 3 bewirken, wobei die Trennereinheit 1 vom zweiten in den ersten Zustand überführt werden kann. Ein entsprechender Stromanstieg in der Spule 6 kann eine Bewegung des Bewegkontaktes 4 wieder in die in Fi- gur 1 gezeigte Position bewirken.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind die Spulen 5, 6 innerhalb des Gehäuses 7 angeordnet. Die Zuleitungen (nicht dargestellt) zu den Spulen 5, 6 sind dementsprechend mit gas- dichten Durchführungen (nicht dargestellt) ausgestattet.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trennereinheit 1 in einer schematischen Darstellung .
Gleiche und gleichartige Teile sind in den Figuren 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen, was auch für die übrigen Figuren 3 und 4 gilt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird in der Beschreibung der Ausführungsform der Figur 2 nur auf die Unterschiede zur Ausführungsform der Figur 1 im Detail eingegangen .
Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 mit dem Unterschied, dass das zylindrisch geformte Gehäuse 7 einen kleineren
Durchmesser aufweist. Die Spulen 5, 6 sind dementsprechend außerhalb des Gehäuses 7 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel kann also auf gasdichte Durchführungen der Zuleitungen zu den Spulen 5, 6 verzichtet werden. In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Bewegkontaktes 4 in einer schematischen Querschnittdarstellung gezeigt. Der Bewegkontakt 4 weist eine (kreis- ) zylindersymmetrische Geo- metrie auf, wobei die Symmetrieachse durch die Linie 9 angedeutet ist.
Der Bewegkontakt 4 umfasst einen ferromagnetischen Kern 41 aus Eisen und eine gut leitende Außenhülle 42 aus Aluminium. Der ferromagnetische Kern 41 hat dabei die Funktion, das mit dem Magnetfeld der Spulen 5, 6 wechselwirkende Magnetfeld des Bewegkontaktes 4 aufzubauen und/oder zu verstärken.
Der in Figur 3 gezeigte Durchmesser des Kerns 41 (im Verhält- nis zum Durchmesser des Bewegkontaktes 4) kann je nach Anwendung variiert werden.
Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Trennereinheit 1 in einer schematischen Darstellung. In Figur 4 ist ein Hybrid- Schaltsystem 10 dargestellt, wobei das Hybrid-Schaltsystem 10 die Trennereinheit 1 umfasst.
Das Hybrid-Schaltsystem 10 weist einen Hauptpfad 12 und einen Überbrückungspfad 13 auf. Der Hauptpfad 12 und der Überbrü- ckungspfad 13 sind parallel zueinander geschaltet. Der Hauptpfad 12 umfasst die Trennungseinheit 1 und einen Hilfsschalter 11. Der Überbrückungspfad 13 umfasst einen Leistungsschalter 14. Der Hilfsschalter 11 umfasst eine Anzahl von elektronischen Schaltern, die als IGBT-Module ausgebildet sind.
Der Leistungsschalter 14 umfasst eine Vielzahl von in Reihe geschalteten elektronischen Schaltern, die als IGBT-Module ausgebildet sind. Die Vielzahl der elektronischen Schalter des Leistungsschalters 14 ist um ein Vielfaches höher als die Anzahl der elektronischen Schalter des Hilfsschalters 11. Beispielsweise kann der Hilfsschalter 11 zwei IGBT-Module aufweisen, während der Leistungsschalter 14 bis zu mehreren Hundert IGBT-Module umfassen kann.
Im Normalbetrieb einer Anlage, in die das Hybrid-Schaltsystem 10 integriert ist, fließt der Betriebsstrom im Wesentlichen über den Hauptpfad 12, da der Widerstand des Leistungsschalters 14 viel höher als der Widerstand der Trennereinheit 1 und des Hilfsschalters 11 ist.
Im Kurzschlussfall steigt der Strom im Hauptpfad zunächst an- nähernd exponentiell an. Der Hilfsschalter 11 ist dazu eingerichtet, in einem solchen Fall mit möglichst kleiner Zeitverzögerung, vorzugsweise im Mikrosekundenbereich, abzuschalten, wodurch der weiter ansteigende Strom in den Überbrückungspfad 13 kommutiert wird. Die Trennereinheit 1 wird dann in den ersten Zustand überführt, so dass der Hilfsschalter 11 durch die hohe anliegende Spannung (von bis zu mehreren Hundert Kilovolt) nicht beschädigt wird.
Mittels des Leistungsschalters 14 kann der in den Überbrü- ckungspfad kommutierte Strom anschließend begrenzt werden.
Je nach Anordnung der elektronischen Schalter im Leistungsschalter 14 und im Hilfsschalter 11 kann das Hybrid-Schaltsystem 10 als uni- oder bidirektionaler Schalter ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist das Hybrid- Schaltsystem 10 als bidirektionaler Schalter eingerichtet, was durch entsprechende Symbole grafisch angedeutet ist. Figur 5 zeigt ein einfaches Beispiel eines Multiterminal - Systems 22 mit drei Umrichterstationen 15, 16, 17, die als selbstgeführte Mehrstufenumrichter ausgeführt sind. Die Umrichterstation 15 ist mit einem in Figur 5 nicht näher dargestellten dreiphasigen Wechselspannungsnetz 201 verbunden. Ebenso sind die Umrichterstationen 16 und 17 mit Wechselspannungsnetzen 202 bzw. 203 verbunden. Gleichspannungsseitig sind die Umrichterstationen 15, 16, 17 über die beiden unterschiedlich gepolten Gleichstromleitungen 18 und 19 miteinander verbunden.
Die im Wechselspannungsnetz 201 bereitgestellte Energie wird in der Umrichterstation 15 in Gleichspannung umgewandelt.
Über Gleichstromleitungen 18, 19 wird von der Umrichterstation 15 Energie zu den beiden Umrichterstationen 16, 17 transportiert, wo die Energie wieder in Wechselstrom umgewandelt und in die Wechselspannungsnetze 202 und 203 eingespeist wird. Die Trennereinheit 1 ist in der Gleichstromleitung 18 angeordnet .
Tritt nun beispielsweise in der Umrichterstation 17 der Fehlerfall auf, so wird die Gleichspannungsleitung spannungs- und stromlos geschaltet, so dass die Trennereinheit 1 in ihren öffnenden (ersten) Zustand überführt werden kann. Damit kann die Gleichstromleitung 18 unterbrochen und die fehlerbehaftete Umrichterstation 17 vom intakten Teil des Systems abgetrennt werden. Anschließend kann der intakte, die Umrich- terstationen 15, 16 umfassende Teil des Systems wieder in Betrieb genommen werden. Der gesamte Vorgang kann in weniger als 300 ms abgeschlossen werden, so dass ein möglicher Ausfall der durch das System bereitzustellender Energie zeitlich minimiert werden kann. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Trennereinheit auch in größeren Systemen und DC-Netzen mit einer höheren Anzahl von Umrichterstationen eingesetzt werden. Besonders vor- teilhaft kann ihre Verwendung beispielsweise in vermaschten DC-Netzen sein.
Bezugszeichentabelle
I Trennereinheit
2 erster Festkontakt
21 Ausnehmung
3 zweiter Festkontakt 31 Ausnehmung
4 Bewegkontakt
41 Kern
42 Außenhülle
5, 6 Spule
7 Gehäuse
8 Gehäuse- Innenraum 9 Linie
10 Hybrid-Schaltsystem
II Hilfsschalter
12 Hauptpfad
13 Überbrückungspfad 14 Leistungsschalter
15, 16, 17 HGÜ-Anlage
18, 19 Gleichstromleitung
201, 202, 203 Wechselspannungsnetz
22 Multiterminal -System

Claims

Patentansprüche
Trennereinheit (1) zum Unterbrechen einer elektrischen
Leitung umfassend
eine Kontaktanordnung mit einem ersten und einem zweiten Festkontakt (2, 3) sowie einem geführten Bewegkontakt (4), und
ein elektromagnetisches Antriebsmittel (5, 6) zur Bewegung des Bewegkontaktes (4) ,
wobei in einem ersten Zustand der Trennereinheit (1) keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Festkontakt (2, 3) besteht, und in einem zweiten Zustand der Trennereinheit (1) der Bewegkontakt (4) die beiden Festkontakte (2, 3) elektrisch miteinander verbindet, wobei die Trennereinheit (1) durch Bewegung des Bewegkontaktes (4) vom zweiten in den ersten Zustand überführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Festkontakt (3) eine Ausnehmung (31) zur Aufnahme des Bewegkontaktes (4) aufweist, und dass der Bewegkontakt (4) zumindest teilweise in die Ausnehmung (31) eingreift, wenn die
Trennereinheit (1) sich im ersten Zustand befindet.
2. Trennereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass der erste Festkontakt (2) eine Ausnehmung (21) aufweist, und der Bewegkontakt (4) zumindest teilweise in die Ausnehmung (21) des ersten Festkontaktes (2) eingreift, wenn die Trennereinheit (1) sich im zweiten Zustand befindet.
3. Trennereinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (31) des zweiten Festkontaktes (3) zur längsbeweglichen Führung des Bewegkontaktes (4) eingerichtet ist.
Trennereinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt (4) als stiftförmiger Pinkontakt ausgeführt ist.
Trennereinheit (1) nach einei der vorangehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt (4) einen ferromagnetischen Kern (41) und eine leitende Au- ßenhülle (42) aufweist.
Trennereinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Bewegkontaktes (4) zwischen 1 g und 10 kg liegt.
Trennereinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Festkontakt (2, 3) als elektrisch leitende Tulpen ausgebildet sind.
Trennereinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt (4) und die beiden Festkontakte (2, 3) kreiszylindersymmet- risch ausgebildet sind, und dass der Bewegkontakt (1) entlang der Zylinderachse des Bewegkontaktes (4)
verlagerbar ist.
Trennereinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennereinheit (1) ferner ein Gehäuse (7) umfasst, wobei das Gehäuse (7) mit Isoliergas gefüllt ist.
10. Trennereinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Isoliergas im Gehäuse (7) unter einem Druck von 1 bar bis 10 bar befindet.
11. Trennereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Antriebsmittel eine Spule (5, 6) umfasst, wobei die Spule (5, 6) konzentrisch um den Bewegkontakt (4) angeordnet ist.
12. Trennereinheit (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Antriebsmittel eine konzentrisch um den Bewegkontakt (4) angeordnete Spule (5, 6) umfasst, wobei die Spule (5, 6) innerhalb des Gehäuses (7) angeordnet ist.
13. Trennereinheit (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Antriebsmittel eine konzentrisch um den Bewegkontakt (4) angeordnete Spule (5, 6) umfasst, wobei die Spule außerhalb des Gehäuses (7) angeordnet ist.
PCT/EP2013/072423 2013-10-25 2013-10-25 Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb WO2015058813A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119355A RU2658318C2 (ru) 2013-10-25 2013-10-25 Блок разъединителя, имеющий электромагнитный привод
PCT/EP2013/072423 WO2015058813A1 (de) 2013-10-25 2013-10-25 Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb
KR1020167013943A KR101841859B1 (ko) 2013-10-25 2013-10-25 전자기 드라이브를 갖는 회로 차단기 유닛
CN201380080734.9A CN105706204A (zh) 2013-10-25 2013-10-25 具有电磁驱动的断路器单元
US15/031,879 US9653243B2 (en) 2013-10-25 2013-10-25 Separating unit with electromagnetic drive
EP13792273.8A EP3044799B1 (de) 2013-10-25 2013-10-25 Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2013/072423 WO2015058813A1 (de) 2013-10-25 2013-10-25 Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015058813A1 true WO2015058813A1 (de) 2015-04-30

Family

ID=49596242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/072423 WO2015058813A1 (de) 2013-10-25 2013-10-25 Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9653243B2 (de)
EP (1) EP3044799B1 (de)
KR (1) KR101841859B1 (de)
CN (1) CN105706204A (de)
RU (1) RU2658318C2 (de)
WO (1) WO2015058813A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3279024A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-07 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein schienenfahrzeug

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3575124A1 (de) * 2018-05-29 2019-12-04 Siemens Mobility GmbH Antriebssystem für ein schienenfahrzeug mit einer trafoprimärseitigen kurzschlussschutzvorrichtung
DE102018216211B3 (de) * 2018-09-24 2020-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschließereinrichtung und Umrichter
EP3996124A1 (de) * 2020-11-06 2022-05-11 ABB PG Power Grids Ltd Transformator mit einem drehbaren lasttrennschalter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1441239A (fr) * 1965-04-05 1966-06-03 Nv Interrupteur électrique à enveloppe métallique pour haute tension
FR2375710A1 (fr) * 1976-12-22 1978-07-21 Siemens Ag Procede et dispositif pour l'extinction d'un arc dans un disjoncteur a courant gazeux
DE3142883A1 (de) * 1981-10-29 1983-05-11 Schiele Kg, 7746 Hornberg Elektrisches schaltstueck

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1436143A1 (ru) * 1984-07-02 1988-11-07 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Коммутационный многоамперный высоковольтный аппарат
DE3445579C1 (de) * 1984-12-14 1986-06-12 Graubremse Gmbh, 6900 Heidelberg Steueranlage zum Heben und Senken des Fahrzeugaufbaus von luftgefederten Fahrzeugen
SU1359815A1 (ru) * 1985-09-18 1987-12-15 В.В.Климов Контактна система разъединител
RU2138876C1 (ru) * 1998-04-20 1999-09-27 Высоковольтный научно-исследовательский центр Всероссийского электротехнического института им.В.И.Ленина Электромагнитный привод высоковольтного выключателя (варианты)
US6404314B1 (en) * 2000-02-29 2002-06-11 General Electric Company Adjustable trip solenoid
SE0003369D0 (sv) * 2000-09-18 2000-09-18 Abb Ab Elkopplare
RU2249872C2 (ru) * 2003-04-01 2005-04-10 Филиппов Юрий Александрович Электрический коммутационный аппарат
EP1815489A1 (de) * 2004-11-22 2007-08-08 ABB PATENT GmbH Schaltgerät mit einem elektromagnetischen auslöser
US7595710B2 (en) * 2006-07-13 2009-09-29 Siemens Energy & Automation, Inc. Maglatch mechanism for use in lighting control pod
AT509278A1 (de) * 2008-03-20 2011-07-15 Moeller Gebaeudeautomation Gmbh Auslösemodul für ein schaltgerät
CN201229903Y (zh) * 2008-05-22 2009-04-29 武汉长海电气科技开发有限公司 一种冲击爆炸式断路开关
KR101004465B1 (ko) * 2008-09-05 2010-12-31 엘에스산전 주식회사 계전기
RU88205U1 (ru) * 2008-10-21 2009-10-27 Закрытое акционерное общество "Континент ЭТС" Выключатель-разъединитель
US8912871B2 (en) * 2009-12-18 2014-12-16 Schneider Electric Industries Sas Electromagnetic actuator with magnetic latching and switching device comprising one such actuator
JP5727862B2 (ja) * 2011-05-19 2015-06-03 富士電機機器制御株式会社 電磁接触器
JP5856426B2 (ja) * 2011-10-07 2016-02-09 富士電機株式会社 接点装置及びこれを使用した電磁接触器
DE102012209799A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Siemens Aktiengesellschaft Bremse und Betätigungseinheiten zum Bremsen
CN103354182A (zh) * 2013-07-17 2013-10-16 慈溪经济开发区文翔电器有限公司 直流电磁式双向驱动装置
CN105745832B (zh) * 2013-09-27 2018-09-21 西门子公司 升降系统、用于电气测试的方法、减震器以及机器组件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1441239A (fr) * 1965-04-05 1966-06-03 Nv Interrupteur électrique à enveloppe métallique pour haute tension
FR2375710A1 (fr) * 1976-12-22 1978-07-21 Siemens Ag Procede et dispositif pour l'extinction d'un arc dans un disjoncteur a courant gazeux
DE3142883A1 (de) * 1981-10-29 1983-05-11 Schiele Kg, 7746 Hornberg Elektrisches schaltstueck

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Proactive Hybrid HVDC Breakers - A key innovation for reliable HVDC grids", INTEGRATING SUPERGRIDS AND MICROGRIDS INTERNATIONAL SYMPOSIUM, 2011
J-M. MEYER ET AL.: "A DC Hybrid Circuit Breaker With Ultra-Fast Contact Opening and Integrated Gate-Commutated Thyristors (IGCTs", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, vol. 21, no. 2, 2006, XP001546353, DOI: doi:10.1109/TPWRD.2006.870981

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3279024A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-07 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein schienenfahrzeug
WO2018024407A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-08 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein schienenfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
EP3044799A1 (de) 2016-07-20
EP3044799B1 (de) 2019-04-24
KR101841859B1 (ko) 2018-03-23
CN105706204A (zh) 2016-06-22
US20160268082A1 (en) 2016-09-15
US9653243B2 (en) 2017-05-16
RU2658318C2 (ru) 2018-06-20
KR20160074673A (ko) 2016-06-28
RU2016119355A (ru) 2017-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3084960B1 (de) Schaltvorrichtung zum führen und trennen von elektrischen strömen
DE4021945C2 (de) Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen
EP2737588B1 (de) Gleichspannungs-leitungsschutzschalter
EP3072143B1 (de) Vorrichtung zum schalten eines gleichstroms
DE102016100758A1 (de) Trennvorrichtung für einen photovoltaischen String, Solaranlage und Betriebsverfahren für eine Solaranlage mit photovoltaischem String
EP3510618B1 (de) Schutzschaltgerät
EP2732521B1 (de) Gleichspannungs-leitungsschutzschalter
EP3242399B1 (de) Monolithisch integrierter halbleiterschalter, insbesondere leistungstrennschalter
EP3044799B1 (de) Trennereinheit mit elektromagnetischem antrieb
DE102011005905B4 (de) Schalter für eine Übertragungsstrecke für Hochspannungs-Gleichstrom
WO2013014041A1 (de) Gleichspannungs-leitungsschutzschalter
EP2728602A1 (de) Elektrischer Hochspannungs-Lasttrenner und Verfahren zum Öffnen desselben
EP2707888B1 (de) Schaltvorrichtung
DE60033683T2 (de) Elektrische schaltvorrichtung
WO2014019828A1 (de) Stufenschalter
DE2230900C3 (de) Kurzschließvorrichtung für Generatorableitungen
WO2020064109A1 (de) Niederspannungsleistungsschalter
DE616948C (de)
EP3050069B1 (de) Schalteinrichtung sowie ausschaltverfahren zum betrieb einer schalteinrichtung
DE2905747A1 (de) Strombegrenzungseinrichtung fuer hochspannungsschaltanlagen
EP3417468B1 (de) Schaltanlagenanordnung, umrichteranordnung mit schaltanlagenanordnung und verfahren zum schutz der umrichteranordnung
EP0094697A1 (de) Verfahren zur Begrenzung der Ausschaltströme von Leistungsschaltern in einer Hochspannungsschaltanlage und Verwendung des Verfahrens
DE10291282T5 (de) Kombination aus einer Vakuum-Unterbrechungseinrichtung und einem ölgefüllten Transformator
DE102018214806A1 (de) Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät
WO2015149870A1 (de) Kommutierungsschaltung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13792273

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2013792273

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013792273

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15031879

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167013943

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

Ref document number: 2016119355

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A