WO2020043544A1 - Hoch- oder mittelspannungsschaltgerät - Google Patents

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WO2020043544A1
WO2020043544A1 PCT/EP2019/072204 EP2019072204W WO2020043544A1 WO 2020043544 A1 WO2020043544 A1 WO 2020043544A1 EP 2019072204 W EP2019072204 W EP 2019072204W WO 2020043544 A1 WO2020043544 A1 WO 2020043544A1
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switching
switching devices
contact elements
voltage
switched
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PCT/EP2019/072204
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Katrin Benkert
Martin Koletzko
Paul Gregor Nikolic
Thomas RETTENMAIER
Norbert Wenzel
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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    • H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order
    • H—ELECTRICITY
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H3/033—Details with several disconnections in a preferential order, e.g. following priority of the users, load repartition
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current

Definitions

  • the invention relates to a high or medium voltage switching device for switching an operating circuit with high or medium voltage, with at least two series-connected electromechanical switching devices and we least one balancing element which is connected in parallel with at least one of the at least two switching devices, each of the switching devices has a sealed housing, in which at least two contact elements are arranged to form a switching path, of which at least one of the contact elements is designed to be movable, the switching devices being designed such that the at least two contact elements make contact in an switched-on switching state and the at least one two contact elements are arranged at a distance from each other in a switched-off switching state.
  • the invention also relates to a high or medium voltage switching device for switching an operating circuit charged with high or medium voltage, with at least two electromechanical switching devices connected in series, each of the
  • Switching devices has a sealed housing, in each of which at least two contact elements are arranged to form a switching path, of which at least one of the contact elements is designed to be movable, the switching devices being designed such that the at least two contact elements were in an activated Siemenszu contact and the at least two contact elements are arranged at a distance from each other in a switched-off switching state.
  • Switchgear of the generic type are known in the prior art technology, for example from
  • the operating circuit is a circuit in which a predetermined operating current flows during normal operation in an undisturbed state. This current can preferably be conducted permanently in the operating circuit.
  • the operating circuit can thus be, for example, at least part of an electrical power supply network, in particular a medium-voltage network or a high-voltage network.
  • the operating circuit is not limited to use with medium voltage or high voltage. It can of course also be used for a low voltage, in particular for a low voltage in accordance with Directive 2014/35 / EU of the European Parliament and of the Council of February 26, 2014 on the harmonization of the laws of the Member States regarding the provision of electrical equipment for use within certain voltage limits on the market.
  • Low voltage thus means, in particular, an AC voltage between approximately 50 V and approximately 1000 V or a DC voltage between approximately 75 V and approximately 1500 V.
  • medium voltage in particular, means an electrical AC voltage between approximately 1000 V and approximately 52 kV.
  • High voltage means in particular an AC voltage which is greater than approximately 52 kV, in particular greater than approximately 60 kV, preferably greater than approximately 63 kV.
  • the operating circuit is therefore preferably used to electrically couple electrical devices, such as, for example, electrical consumers, electrical energy generators and / or the like, for the purpose of exchanging electrical energy.
  • the operating current is therefore an electrical current that serves to to distribute the electrical equipment connected to the operating circuit.
  • a switching device in particular a high-voltage switching device or a medium-voltage switching device, is a preferably electromechanical device that serves to provide a switching functionality for the operating circuit, so that an electrical connection in the operating circuit is established or interrupted depending on a switching state of the switching device.
  • the switching device can be formed as a circuit breaker, a load switch or the like.
  • Circuit breakers are switching devices that are designed for switching large electrical currents. Preferably, they can not only switch regular operating currents up to a rated current and possibly also slight overload currents, but they can also switch on very large overload currents, in particular short-circuit currents, at least in part in the event of a fault in the operating circuit, conduct such currents for a predetermined time and preferably also switch off safely, especially without being damaged.
  • load switches are used to switch on or off electrical equipment and / or system parts in an undisturbed operating state. A switching capacity of the load switch is therefore usually designed for a rated current.
  • circuit breakers that can be formed by a combination of a circuit breaker and a circuit breaker, a circuit breaker usually being characterized in that it has only a very small switching capacity with respect to the switching process, but one is able to carry large current when the switch is switched on.
  • Switchgear of the generic type are also covered by standardization, for example by
  • Switchgear of the generic type can basically be single-pole or also be multi-pole, and preferably be adapted to the operating circuit.
  • the number of poles of the operating circuit may, for example, be dependent on the number of phases of the operating circuit if the operating circuit is formed by a multi-phase AC network or the like.
  • the switching device has two or more electromechanical switching devices connected in series.
  • the electromechanical switching device can basically be a circuit breaker, a load switch or the like.
  • Switching device a sealed housing, which preferably has at least two switching device connections. Between the two switching device connections, a switching path is formed by means of a contact element arranged in the respective housing.
  • each of the switching devices has at least two contact elements, of which at least one of the contact elements is designed to be movable.
  • the contact elements are generally at least partially formed by an electrically conductive material, it being possible for a respective one of the at least two contact elements to be electrically coupled to a respective one of at least two switching device inclusions of the switching device.
  • the switching device is designed such that the at least two contact elements are switched on in one
  • the sealed housing In contrast, in a switched-off switching state, the at least two contact elements are arranged at a distance from one another. The spacing of the contact elements provides an interruption in the switching path, so that a current flow is essentially interrupted.
  • the sealed housing For medium-voltage switching devices as well as for high-voltage switching devices, it is common for the sealed housing to either be evacuated, which then forms a vacuum switching device, or is filled with a suitable, electrically insulating fluid, in particular a gas or also an oil, which then results in a Fluid or gas switching device or oil switching device is formed.
  • the fluid used is, for example, a gas such as SF 6 , possibly also in combination with other gases such as nitrogen, carbon dioxide or the like in a wide variety of mixtures.
  • a gas mixture can be used as the gas, which can include, for example, heptaflurbutyronitrile in its different isomers.
  • switching devices are connected in series for switching large electrical voltages, in particular in the area of high voltage, but sometimes also in the area of medium voltage. These switching devices are switched together during normal operation in order to be able to provide the switching state of the switching device. In the switched-off switching state of the switching device, the switching devices are thus themselves in the switched-off switching state and vice versa. The same generally applies to the switched-on switching state.
  • Rated voltages of the switching devices can be less than an electrical operating voltage of the operating circuit.
  • the electrical operating voltage of the operating circuit is greater than the rated voltages of the switching devices of the switching device, it is important that the individual switching processes of the switching devices are synchronized with one another as well as possible, so that a suitable voltage distribution already occurs during a switching process or a change between the switching states the switching devices takes place so that none of the switching devices during the switching process, that is, the change between an switched-on switching state and the switched-off switching state is overloaded.
  • parallel-connected control elements of the type of symmetry elements such as capacitors, resistors, combination circuits or the like, are often used in order to achieve a distribution of the operating voltage as evenly as possible between the switching devices in a series connection of several switching devices. This applies in particular to gas-filled switching devices.
  • the invention has for its object to improve the switching behavior, in particular with respect to switching off the high or medium voltage switching device, in particular also when the high or medium voltage switching device comprises at least partially vacuum-based switching devices.
  • the invention proposes high or medium voltage switching devices and methods for controlling them in accordance with the independent claims.
  • the high or medium voltage switching device has a control unit which is designed to be detected by means of current sensors to compare electrical currents of the switching devices to each other and switching Z eitrat of the switching devices during a transition between the turned-on switching state and the oFF switching state depending on the comparison to be individually adjusted.
  • the high or medium voltage switching device has a control unit which is designed to verify electrical voltages of the switching devices detected by means of voltage sensors with corresponding assigned rated voltages of the switching devices same and switch Z of the switching devices in eita ei nem transition between the turned-on switching state and the oFF switching state depending on the Verglei chen set individually, so that the respective detected electric voltage is less than the respectively associated be rated voltage.
  • the first aspect proposes in particular that by means of
  • the invention is based on the idea that by influencing the switching individu elles Z eit. Heidelberg the gene during a switching operation, a voltage distribution of the operating voltage of the auxiliary circuit to the switching input directions of the high or medium voltage switching device can be impressed enced.
  • the drive unit is designed to be able to individually drive the corresponding movable contact elements of the respective switching devices in a suitable manner. This makes it possible to carry out the respective switching process so that the respective rated voltage of the corresponding switching device is not exceeded.
  • start conditions for initiating the respective switching operation can be specifically selected.
  • the invention thus allows switching devices un different types with partly very different
  • the invention is based on the knowledge that the switch-off process is usually the more critical switching process compared to the switch-on process, because usually an interruption of a current flow by means of the high or medium voltage switching device or a switching device, at least briefly, to an arc phenomenon between the opening ones Can lead contact elements, in particular because a distance between the contact elements at the start of a mechanical separation process is not yet sufficient for electrical insulation and / or possibly also movable charge carriers are still present in the region of the separation path.
  • the resulting arc can release additional charge carriers that enhance the arc phenomenon or increase its duration of exposure.
  • the invention is based in particular on a dynamic influencing of a secondary current, which can be caused, for example, by an arc phenomenon, and not only with vacuum-based switching devices but also with gas-insulated switching devices, for example.
  • a secondary current which can be caused, for example, by an arc phenomenon, and not only with vacuum-based switching devices but also with gas-insulated switching devices, for example.
  • the invention takes into account that the method of the invention can be used to influence an ion density or a charge carrier density in the region of the switching path. This can be achieved in that a dynamic behavior of the drive unit, for example a kinematic chain of the drive unit or the like, such as for example different contact separation times and / or contact separation speeds or total strokes or the like, is set.
  • a dynamic behavior of the drive unit for example a kinematic chain of the drive unit or the like, such as for example different contact separation times and / or contact separation speeds or total strokes or the like, is set.
  • the control unit can now, in particular by detecting the currents of the first aspect, but also by detecting the voltages of the second aspect, because of these charge carriers, the switching Z eitin according to identify, so that exceeding of the rated voltage can be largely avoided.
  • switching device-specific properties can of course also be taken into account, at least in addition.
  • the switching times can be determined particularly advantageously in such a way that the switching device currents are preferably essentially of the same size, in particular also when the switching devices are of different types.
  • the control unit itself detecting and evaluating the respective currents in the switching devices and by means of at least one control signal causing corresponding switching reactions in the respective switching devices .
  • the currents of the switching devices are asymmetrical due to the symmetrizing elements, at least during the switching process, so that an uneven voltage load can act on the series-connected switching devices of the high or medium voltage switching device.
  • the high or medium voltage switching device therefore does not need to have essentially identical switching devices. Rather, the switching devices of the high or medium voltage switching device can also be formed differently from one another, that is, be of different types.
  • a switching device can be a vacuum-based switching device, whereas another switching device of the same high or medium voltage switching device is a gas-based switching device.
  • good synchronization with regard to switching can be achieved with the invention.
  • the invention can of course also be used in high or medium voltage switching devices which have essentially identical switching devices.
  • the housing of the switching devices can be formed from a suitable material such as ceramic, plastic, metal, combinations thereof, in particular composite materials and / or the like.
  • the housing preferably has electrically insulating properties.
  • a switching contact unit can be arranged in the housing, which has the at least two contact elements.
  • the contact elements can be formed from a suitable electrically conductive material. Depending on the design of the switching devices, only a single one of the contact elements can be designed to be movable or movable. However, it can also be seen that several or even all of the contacts are designed to be movable or movable.
  • the contact elements of a respective switching device are preferably connected to corresponding switching device connections.
  • the switching path of the switching device is provided by means of the contact elements.
  • the at least one contact element can be moved in a suitable manner by means of the drive unit.
  • the drive unit can have a corresponding, in particular individual, actuator, by means of which the contact element can be moved mechanically into the desired switching position.
  • the actuator can be formed as an electromechanical actuator, as a pneumatic actuator, as a hydraulic actuator but also as a manually actuated actuator and / or the like.
  • the drive device can comprise a corresponding mechanical coupling, for example a gear or the like, in order to be able to adapt the movement of the actuator to a required movement of the at least one movable contact element.
  • the control unit can preferably be formed as an electrical control unit, in particular as an electronic control unit. It can preferably be coupled to the drive unit in terms of communication technology and provides at least one control signal by means of which the drive unit can be controlled in a suitable manner.
  • the control unit preferably provides a separate control signal for each of the switching devices.
  • the control unit at least partially provides combination signals so that the drive unit, in particular the actuators, can be controlled in a predeterminable manner.
  • the control unit comprises respective electrical voltages at the switching devices by means of voltage sensors and compares these with assigned measurement voltages of the switching devices.
  • the rated voltages of the switching devices can be predetermined, for example programmed during commissioning or the like.
  • the control unit is connected in terms of communication technology to the switching devices and receives data relating to the properties of the respective switching devices via the communication link. This data can include the respective rated voltage.
  • other design parameters can be transmitted from the switching devices to the control unit. As a result, the control unit can be set reliably and in particular automatically to the switching devices present in the switching device.
  • control unit is designed to detect a switching signal which serves for the high or medium voltage switching device to change its switching state accordingly. Depending on this switching signal, the control unit generates the at least one control signal for the drive unit in order to implement the switching process accordingly.
  • the respective electrical voltage at the respective switching device is preferably recorded essentially continuously and compared with the respective rated voltage. As soon as one of the electrical voltages becomes greater than the rated voltage, the control unit reacts almost immediately with the at least one control signal in order to change the switching behavior in such a way that the detected electrical voltage again becomes smaller than the rated voltage. As a result, overloading of switching devices can be avoided during the switching process.
  • the switching signal preferably comprises at least one switch-off signal. Alternatively or additionally, it can also include a switch-on signal.
  • control unit can instead or additionally record the respective electrical current in the respective switching devices and use this to determine the control signal. It can be particularly preferred that the control unit provides the at least one control signal in such a way that the detected electrical currents differ as little as possible. Preferably, the detected electrical currents are essentially the same.
  • the control unit achieves the advantages of the invention, inter alia, by influencing the actual switching points or switching properties of the respective switching device.
  • By varying switching times or switching characteristics it can be sufficient that not only the detected electrical voltages remain lower than the respectively assigned rated voltages, but it can also be achieved that the electrical currents in the respective switching devices are as large as possible.
  • the control unit makes it possible to provide the at least one control signal, preferably adapted to individual properties of the switching devices. As a result, not only individual properties of different switching devices can be taken into account, but also tolerances between switching devices of the same type can be compensated for, for example.
  • the switching device can have corresponding mechanical means, by means of which the contact elements are held in a designated manner or are movably guided.
  • the switching device can have connection elements or fastening elements for the contact elements.
  • the switching device is at least partially formed from an electrically insulating material, so that sufficient electrical insulation between the contact elements can be realized at least in the switched-off state.
  • At least one of the contact elements of a respective one of the switching devices Has material that receives freely movable charge carriers from a predetermined environment of the at least one of the contact elements.
  • a wake or a residual current of the switching device can be reduced when the switch is switched off or when it is switched off.
  • This wake or residual flow can be caused by metal vapors or by an extinguishing fluid, in particular an extinguishing gas, an extinguishing oil or the like.
  • an arc phenomenon can result in one or both of the contact elements releasing corresponding vapors, for example metal ions or the like.
  • ionization due to the arc phenomenon can occur in an extinguishing fluid, for example an extinguishing oil or an extinguishing gas, so that a current flow can be maintained in the area of the contact elements due to the existing ions or charge carriers.
  • an extinguishing fluid for example an extinguishing oil or an extinguishing gas
  • this can be reduced, for example.
  • an alloy on copper and chrome can be used as the contact material.
  • the corresponding proportions of copper and chromium can be varied in order to achieve the greatest possible reduction in the wake or residual flow.
  • a geometry of at least one of the contact elements can of course also be designed accordingly in order to be able to reduce the wake or the residual current.
  • the switching Z eit matters is suggested to a maximum of 2 ms, preferably not more than 1 ms, are delayed from a switch-off signal for the high or medium voltage switching device. This allows a corresponding synchronization of the switching process of the switching devices with respect to the switch-off signal for the high or medium voltage switching device to be achieved.
  • the switching Z eit can vary depending on egg ner construction of the switching devices and / or an application of the high or medium voltage switching device but may also be provided that the switching Z eitin up to about a maximum of 10 ms delayed.
  • the maximum le delay time to be dependent on a frequency of a size of the operating circuit, for example a frequency of an AC voltage or an AC current or the like.
  • the switching operations themselves of the switching devices preferably take place in a period of less than 0.8 ms.
  • the high or medium voltage switching device has a drive unit which is mechanically coupled to the at least one contact elements of the switching devices that are movable so that the respective switching times of the switching devices depend on at least one control signal provided by the control unit are individually adjustable.
  • the switching times can be selected as required so that the rated voltages are not exceeded or the currents of the switching devices deviate as little as possible from the voltages detected.
  • an electromechanical coupling can preferably be provided between the respective movable ver contact elements and the drive unit, in which preferably each of the movable contact elements ver is coupled to a respective actuator of the drive unit.
  • the drive unit we has at least one actuator which is used to move all of the movable contact elements
  • Switching devices is formed. Differences with respect to the switching Z eitinal can then be realized by variation in a coupling mechanism. This can be designed to be adjustable, for example automatically adjustable by the control unit or the like.
  • the drive unit, each of the switching devices may of course preferably have its own actuator, so that the switching of the Z eita rash each actuator can be realized by the respective actuator. Combinations of these can also be provided.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram for a
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram representation for a high-voltage switching device in which a balancing element is connected in parallel to two switching devices connected in series;
  • FIG 3 is a schematic diagram showing the eit Vietnamese adjusting circuit Z the switching devices of the high-voltage switching device according to FIG 1 is shown.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram representation of a switching device UE1 or UE2, which in the present case is designed as a circuit breaker.
  • the circuit breaker UE1, UE2 has a sealed housing, not shown, in which two contact elements 12, 14 are arranged to form a switching path 16.
  • the contact element 12 is designed to be movable or movable, whereas the contact element 14 is designed as a fixedly arranged contact element.
  • the contact element 12 is driven by means of an actuator 22 of a drive unit 20 (FIG. 2) in a suitable manner in order to take up corresponding switching positions
  • the two contact elements 12, 14 make contact in an switched-on switching state and the at least two contact elements 12, 14 are arranged at a distance from one another in an switched-off switching state.
  • the contact element 12 is moved a predetermined distance in order to carry out the switching process.
  • the high-voltage switching device 10 comprises two electromechanical switching devices UE1, UE2 according to FIG. 1, which in the present case are connected in series with one another.
  • a balancing element SEI, SE2 is connected in parallel to each of the switching devices UE1, UE2.
  • the symmetry elements SEI, SE2 are in the present case formed by capacitors.
  • FIG. 2 schematically shows the drive unit 20, which has an individual actuator 22 for each of the switching devices UE1, UE2, by means of which the respective switching device state of the switching devices UE1, UE2 can be set.
  • the drive unit 20 is also connected to a control unit 18, which controls the drive unit 20 accordingly with regard to the switching states.
  • the control unit 18 receives a corresponding switching signal 24 from a higher-level control, not shown.
  • the switching signal 24 in the form of a switch-off signal deserves special attention, although the facts can of course also be analogously transferred to a switch-on process.
  • electrical currents Ii * and I2 * of the switching devices UE1, UE2 are detected by means of current sensors 26, 28 which are connected to the control unit 18.
  • Each of the current sensors 26, 28 detects a respective one of the electrical currents Ii * , I 2 * .
  • the electrical currents Ii * and I 2 * are electrical currents of the switching devices UE1 and UE2.
  • the control unit 18 is now designed to compare the electrical currents I 2 * and I 2 * with each other. Depending on the comparison, switching times ti and t 2 are determined and individually set for the switching devices UE1 and UE2 during a transition from the switched-on switching state to the switched-off switching state, in which corresponding control signals for the actuators 22 are determined. This is further explained below with the aid of FIG. 3.
  • FIG 3 shows a schematic diagram in a current-time diagram using two graphs which correspond to the electrical currents I 2 * and I 2 * recorded.
  • the rated voltages of the switching devices UE1 and UE2 need not be the same. They can also differ from one another, this being able to be taken into account accordingly by the control unit 18.
  • the control unit 18 determines the switching Z eit. t 2 and t 2 takes into account the control unit 18 in the present case, inter alia, a kinematic see chain for the actuation of the contact elements 12, an opening speed of the contact elements 12 and / or the same.
  • the control unit 18 therefore selects the switching times ti and 12 such that the detected electrical currents Ii * and I2 * are essentially the same in the present case if an essentially symmetrical voltage distribution is desired for the switching devices UE1 and UE2.
  • the control unit 18 can also carry out the comparison in such a way that the detected currents Ii * and I 2 * deviate from one another in a given manner if a corresponding de deviation of the electrical voltages Ui and U 2 is desired.
  • the exemplary embodiment serves exclusively to explain the invention and is not intended to restrict it.
  • the invention is of course not limited to switching off the high or medium voltage switching device.
  • the invention can of course also be used equally for switching on the high or medium voltage switching device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuern eines Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts (10), mittels dem ein Betriebsstromkreis geschaltet wird, zu welchem Zweck das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (10) wenigstens zwei in Reihe geschaltete Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit einem dichten Gehäuse umfasst, wobei in den Gehäusen jeweils wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) zum Ausbilden einer Schaltstrecke (16) angeordnet ist, von denen wenigstens eines der Kontaktelemente (12) zum Wechseln eines Schaltzustands der jeweiligen Schalteinrichtung (UE1, UE2) verfahren wird, wobei sich die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem ausgeschalteten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei mittels Stromsensoren erfasste elektrische Ströme (I1*, I2*) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) miteinander verglichen werden und SchaltZeitpunkte (t1, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) bei einem Übergang zwischen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von dem Vergleich individuell eingestellt werden.

Description

Beschreibung
Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät
Die Erfindung betrifft ein Hoch- oder Mittelspannungsschalt gerät zum Schalten eines mit Hoch- oder Mittelspannung beauf schlagten Betriebsstromkreises, mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten elektromechanischen Schalteinrichtungen und we nigstens einem Symmetrierelement, das zu wenigstens einer der wenigstens zwei Schalteinrichtungen parallelgeschaltet ist, wobei jede der Schalteinrichtungen ein dichtes Gehäuse auf weist, in dem wenigstens zwei Kontaktelemente zum Ausbilden einer Schaltstrecke angeordnet sind, von denen wenigstens ei nes der Kontaktelemente verfahrbar ausgebildet ist, wobei die Schalteinrichtungen derart ausgebildet sind, dass sich die wenigstens zwei Kontaktelemente in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontakte lemente in einem ausgeschalteten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät zum Schalten eines mit Hoch- oder Mittelspannung beaufschlagten Betriebs stromkreises, mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten elektromechanischen Schalteinrichtungen, wobei jede der
Schalteinrichtungen ein dichtes Gehäuse aufweist, in dem je weils wenigstens zwei Kontaktelemente zum Ausbilden einer Schaltstrecke angeordnet sind, von denen wenigstens eines der Kontaktelemente verfahrbar ausgebildet ist, wobei die Schalt einrichtungen derart ausgebildet sind, dass sich die wenigs tens zwei Kontaktelemente in einem eingeschalteten Schaltzu stand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente in einem ausgeschalteten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern eines Hoch- oder Mittelspannungs- schaltgeräts , mittels dem ein mit Hoch- oder Mittelspannung beaufschlagter Betriebsstromkreis geschaltet wird, zu welchem Zweck das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät wenigstens zwei in Reihe geschaltete elektromechanische Schalteinrich tungen mit einem dichten Gehäuse umfasst, wobei wenigstens ein Symmetrierelement zu wenigstens einer der wenigstens zwei Schalteinrichtungen parallelgeschaltet ist, wobei in den Ge häusen jeweils wenigstens zwei Kontaktelemente zum Ausbilden einer Schaltstrecke angeordnet ist, von denen wenigstens ei nes der Kontaktelemente zum Wechseln eines Schaltzustands der jeweiligen Schalteinrichtung verfahren wird, wobei sich die wenigstens zwei Kontaktelemente in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontakte lemente in einem ausgeschalteten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind. Schließlich betrifft die Erfin dung auch ein Verfahren zum Steuern eines Hoch- oder Mit telspannungsschaltgeräts, mittels dem ein mit Hoch- oder Mit telspannung beaufschlagter Betriebsstromkreis geschaltet wird, zu welchem Zweck das Hoch- oder Mittelspannungsschalt gerät wenigstens zwei in Reihe geschaltete elektromechanische Schalteinrichtungen mit einem dichten Gehäuse umfasst, wobei in den Gehäusen jeweils wenigstens zwei Kontaktelemente zum Ausbilden einer Schaltstrecke angeordnet sind, von denen we nigstens eines der Kontaktelemente zum Wechseln eines Schalt zustands der jeweiligen Schalteinrichtung verfahren wird, wo bei sich die wenigstens zwei Kontaktelemente in einem einge schalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente in einem ausgeschalteten Schaltzustand beab standet zueinander angeordnet sind.
Schaltgeräte der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Tech nik umfänglich bekannt, so zum Beispiel aus der
DE 10 2016 218 683 B4, die eine Anordnung und ein Verfahren zum Schalten von Hochspannungen offenbart. Gattungsgemäße Hochspannungsschaltgeräte werden häufig im Bereich der elektrischen Energieversorgung, insbesondere der Verteilung von elektrischer Energie, genutzt. Um Übertragungsverluste bei der Verteilung der elektrischen Energie möglichst gering zu halten, insbesondere wenn große Entfernungen überbrückt werden sollen, ist es üblich, für die Übertragung der
elektrischen Energie große elektrische Spannungen zu nutzen, beispielsweise im Bereich der Mittel- oder Hochspannung, wodurch insbesondere resistive Verluste sowie auch Aufwand für entsprechend auszugestaltende elektrische Leiter gering gehalten werden kann. Zu beachten ist jedoch, dass aufgrund der Höhe der Betriebsspannung besondere Anforderungen hin sichtlich der Isolation und der elektrischen Sicherheit zu beachten sind. Diese sind jedoch zumindest teilweise durch Normung erfasst.
Der Betriebsstromkreis ist ein Stromkreis, bei dem im bestim mungsgemäßen Betrieb in einem ungestörten Zustand ein vorge gebener Betriebsstrom strömt. Dieser Strom kann vorzugsweise dauerhaft im Betriebsstromkreis geführt werden. Der Betriebs stromkreis kann somit zum Beispiel zumindest ein Teil eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, insbesondere ein Mit telspannungsnetz oder ein Hochspannungsnetz, sein. Jedoch ist der Betriebsstromkreis nicht auf die Anwendung bei Mit telspannung oder Hochspannung begrenzt. Er kann natürlich auch bei einer Niederspannung zum Einsatz kommen, insbesonde re bei einer Niederspannung gemäß der Richtlinie 2014/35/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 26. Februar 2014 zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitglied staaten über die Bereitstellung elektrischer Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen auf dem Markt. Niederspannung meint somit insbesondere eine Wechsel spannung zwischen etwa 50 V und etwa 1000 V beziehungsweise eine Gleichspannung zwischen etwa 75 V und etwa 1500 V. Mit telspannung meint insbesondere eine elektrische Wechselspan nung zwischen etwa 1000 V bis etwa 52 kV. Hochspannung meint insbesondere eine Wechselspannung, die größer als etwa 52 kV, insbesondere größer als etwa 60 kV, vorzugsweise größer als etwa 63 kV, ist.
Vorzugsweise dient deshalb der Betriebsstromkreis dazu, elektrische Einrichtungen, wie zum Beispiel elektrische Ver braucher, elektrische Energieerzeuger und/oder dergleichen, zum Zwecke des Austauschens von elektrischer Energie mitei nander elektrisch zu koppeln. Der Betriebsstrom ist deshalb ein elektrischer Strom, der dazu dient, die elektrische Ener- gie zwischen den an dem Betriebsstromkreis angeschlossenen elektrischen Einrichtungen zu verteilen.
Ein Schaltgerät, insbesondere ein Hochspannungsschaltgerät beziehungsweise ein Mittelspannungsschaltgerät, ist eine vor zugsweise elektromechanische Einrichtung, die dazu dient, ei ne Schaltfunktionalität für den Betriebsstromkreis bereitzu stellen, sodass abhängig von einem Schaltzustand des Schalt geräts eine elektrische Verbindung in dem Betriebsstromkreis hergestellt oder unterbrochen ist. Das Schaltgerät kann dabei als Leistungsschalter, als Lastschalter oder dergleichen aus gebildet sein.
Leistungsschalter sind Schaltgeräte, die für das Schalten von großen elektrischen Strömen ausgelegt sind. Vorzugsweise kön nen sie nicht nur reguläre Betriebsströme bis zu einem Bemes sungsstrom und gegebenenfalls auch geringfügige Überlastströ- me schalten, sondern sie können zumindest teilweise bei einem Fehler im Betriebsstromkreis auch sehr große Überlastströme, insbesondere Kurzschlussströme, einschalten, derartige Ströme für eine vorgegebene Zeit führen und vorzugsweise auch sicher ausschalten, insbesondere ohne dadurch Schaden zu nehmen. Da gegen dienen Lastschalter zum Einschalten beziehungsweise Ausschalten von elektrischen Betriebsmitteln und/oder Anla genteilen in einem ungestörten Betriebszustand. Ein Schalt vermögen des Lastschalters ist daher in der Regel für einen Bemessungsstrom ausgelegt. Daneben gibt es auch noch Lastt rennschalter, die durch eine Kombination von einem Lastschal ter und einem Trennschalter gebildet sein können, wobei ein Trennschalter sich in der Regel dadurch auszeichnet, dass er nur ein sehr kleines Schaltvermögen in Bezug auf den Schalt vorgang aufweist, jedoch einen großen Strom im eingeschalte ten Schaltzustand zu führen vermag.
Schaltgeräte der gattungsgemäßen Art sind darüber hinaus auch durch die Normung erfasst, so zum Beispiel durch die
IEC 62271, insbesondere Teil 100, sowie weitere. Schaltgeräte der gattungsgemäßen Art können dem Grunde nach einpolig oder auch mehrpolig ausgebildet sein, und zwar vorzugsweise ange passt an den Betriebsstromkreis. Die Anzahl der Pole des Be triebsstromkreises kann zum Beispiel abhängig von der Anzahl der Phasen des Betriebsstromkreises sein, wenn der Betriebs stromkreis durch ein mehrphasiges Wechselspannungsnetz oder dergleichen gebildet ist.
Nicht nur aber besonders im Bereich der Hochspannung aber auch im Bereich der Mittelspannung ist es mittlerweile üb lich, dass das Schaltgerät zwei oder auch mehrere in Reihe geschaltete elektromechanische Schalteinrichtungen aufweist. Die elektromechanische Schalteinrichtung kann dem Grunde nach selbst ein Leistungsschalter, ein Lastschalter oder derglei chen sein. In der Regel umfasst die elektromechanische
Schalteinrichtung ein dichtes Gehäuse, welches vorzugsweise wenigstens zwei Schalteinrichtungsanschlüsse aufweist. Zwi schen den beiden Schalteinrichtungsanschlüssen wird mittels einer in den jeweiligen Gehäusen angeordneten Kontaktelemen ten eine Schaltstrecke ausgebildet. Zu diesem Zweck weist je de der Schalteinrichtungen wenigstens zwei Kontaktelemente auf, von denen wenigstens eines der Kontaktelemente verfahr bar ausgebildet ist.
Die Kontaktelemente sind in der Regel zumindest teilweise durch einen elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet, wobei ein jeweiliges der wenigstens zwei Kontaktelemente mit einem jeweiligen von wenigstens zwei Schalteinrichtungseinschlüssen der Schalteinrichtung elektrisch gekoppelt sein kann. Die Schalteinrichtung ist derart ausgebildet, dass sich die we nigstens zwei Kontaktelemente in einem eingeschalteten
Schaltzustand kontaktieren, sodass die Schaltstrecke ge schlossen ist. In einem ausgeschalteten Schaltzustand sind dagegen die wenigstens zwei Kontaktelemente beabstandet zuei nander angeordnet. Durch den Abstand der Kontaktelemente ist eine Unterbrechung der Schaltstrecke bereitgestellt, sodass ein Stromfluss im Wesentlichen unterbrochen ist. Für Mittelspannungsschaltgeräte sowie auch für Hochspannungs schaltgeräte ist es üblich, dass das dichte Gehäuse entweder evakuiert ist, wodurch dann eine Vakuumschalteinrichtung ge bildet ist, oder mit einem geeigneten, elektrisch isolieren den Fluid, insbesondere einem Gas oder auch einem Öl gefüllt ist, wodurch dann ein Fluid- beziehungsweise Gasschaltgerät beziehungsweise Ölschaltgerät gebildet wird. Als Fluid kommt beispielsweise ein Gas wie SF6, gegebenenfalls auch in Kombi nation mit weiteren Gasen wie Stickstoff, Kohlendioxid oder dergleichen in unterschiedlichsten Mischungen zum Einsatz. Darüber hinaus kann als Gas auch eine Gasmischung zum Einsatz kommen, die zum Beispiel Heptaflurbutyronitril in ihren un terschiedlichen Isomeren umfassen kann.
Häufig ist vorgesehen, dass zum Schalten großer elektrischer Spannungen, insbesondere im Bereich der Hochspannung, teil weise jedoch auch im Bereich der Mittelspannung, mehrere Schalteinrichtungen in Reihe geschaltet sind. Diese Schalt einrichtungen werden im bestimmungsgemäßen Betrieb gemeinsam geschaltet, um den Schaltzustand des Schaltgeräts bereitstel len zu können. Im ausgeschalteten Schaltzustand des Schaltge räts sind somit auch die Schalteinrichtungen selbst im ausge schalteten Schaltzustand und umgekehrt. Das Gleiche gilt in der Regel auch für den eingeschalteten Schaltzustand . Bemes sungsspannungen der Schalteinrichtungen können kleiner als eine elektrische Betriebsspannung des Betriebsstromkreises sein .
Gerade wenn die elektrische Betriebsspannung des Betriebs stromkreises größer als die Bemessungsspannungen der Schalt einrichtungen des Schaltgerätes ist, ist es wichtig, dass die einzelnen Schaltvorgänge der Schalteinrichtungen möglichst gut synchronisiert zueinander erfolgen, damit bereits während eines Schaltvorgangs beziehungsweise einem Wechsel zwischen den Schaltzuständen eine geeignete Spannungsaufteilung auf die Schalteinrichtungen erfolgt, sodass keine der Schaltein richtungen während des Schaltvorgangs, das heißt, dem Wechsel zwischen einem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausge schalteten Schaltzustand, überlastet wird.
Für Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräte werden häufig pa rallelgeschaltete Steuerelemente nach Art von Symmetrierele- menten wie zum Beispiel Kondensatoren, Widerstände, Kombina tionsschaltungen hiervon oder dergleichen eingesetzt, um bei einer Reihenschaltung von mehreren Schalteinrichtungen eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der Betriebsspannung auf die Schalteinrichtungen zu erreichen. Dies gilt insbesondere für gasgefüllte Schalteinrichtungen.
Die Entwicklung klimaneutraler Schaltgeräte für die Hoch- o- der Höchstspannungsebene macht eine Reihenschaltung von meh reren vakuumbasierten Schalteinrichtungen oder die Reihen schaltung von gasgefüllten und vakuumbasierten Schalteinrich tungen sowie insbesondere auch Kombinationen hiervon notwen dig. In Abhängigkeit der jeweiligen Konstruktion zeigen vaku umbasierte Schalteinrichtungen unterschiedliche Nachströme bei einem Übergang von einem eingeschalteten Schaltzustand zum ausgeschalteten Schaltzustand . Dadurch können sich Be triebsbedingungen während des Schaltvorgangs, beispielsweise in Bezug auf ein Aufladen von Steuerkondensatoren als Symet- rierelementen, in so ungünstiger Weise ändern, dass die hier durch bewirkte Steuerung beziehungsweise Spannungssymmetrie rung über die Schalteinrichtungen wirkungslos wird und somit eine Bemessungsspannung der Schalteinrichtungen bei einer o- der mehrerer der in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen überschritten werden kann. Dies kann eine Beschädigung oder Zerstörung der entsprechenden Schalteinrichtungen und damit des gesamten Schaltgeräts zur Folge haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltverhalten insbesondere in Bezug auf ein Ausschalten des Hoch- oder Mit telspannungsschaltgeräts zu verbessern, und zwar insbesondere auch dann, wenn das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät zu mindest teilweise vakuumbasierte Schalteinrichtungen umfasst. Als Lösung werden mit der Erfindung Hoch- oder Mittelspan- nungsschaltgeräte sowie Verfahren zu deren Steuerung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt wird für ein Hoch- oder Mittelspan- nungsschaltgerät der gattungsgemäßen Art, bei dem wenigstens ein Symmetrieelement zu wenigstens einer Schalteinrichtung parallelgeschaltet ist, insbesondere vorgeschlagen, dass das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät eine Steuereinheit auf weist, die ausgebildet ist, mittels Stromsensoren erfasste elektrische Ströme der Schalteinrichtungen miteinander zu vergleichen und SchaltZeitpunkte der Schalteinrichtungen bei einem Übergang zwischen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von dem Vergleich individuell einzustellen.
Bezüglich eines Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts wird gemäß einem zweiten Aspekt unabhängig vom Vorhandensein von Symmetrierelementen vorgeschlagen, dass das Hoch- oder Mit telspannungsschaltgerät eine Steuereinheit aufweist, die aus gebildet ist, mittels Spannungssensoren erfasste elektrische Spannungen der Schalteinrichtungen mit entsprechenden zuge ordneten Bemessungsspannungen der Schalteinrichtungen zu ver gleichen und SchaltZeitpunkte der Schalteinrichtungen bei ei nem Übergang zwischen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von den Verglei chen individuell einzustellen, sodass die jeweils erfasste elektrische Spannung kleiner als die jeweils zugeordnete Be messungsspannung ist.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird gemäß dem ersten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass mittels
Stromsensoren erfasste elektrische Ströme der Schalteinrich tungen miteinander zu verglichen werden und SchaltZeitpunkte der Schalteinrichtungen bei einem Übergang zwischen dem ein- geschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzu stand abhängig von dem Vergleich individuell eingestellt wer den .
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird zum zweiten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass mittels Spannungs sensoren erfasste elektrische Spannungen der Schalteinrich tungen mit entsprechenden zugeordneten Bemessungsspannungen der Schalteinrichtungen verglichen werden und SchaltZeitpunk te der Schalteinrichtungen bei einem Übergang zwischen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schalt zustand abhängig von den Vergleichen individuell eingestellt werden, sodass die jeweils erfasste elektrische Spannung kleiner als die jeweils zugeordnete Bemessungsspannung ist.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass durch individu elles Beeinflussen der SchaltZeitpunkte der Schalteinrichtun gen während eines Schaltvorgangs eine Spannungsverteilung der Betriebsspannung des Betriebsstromkreises auf die Schaltein richtungen des Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts beein flusst werden kann. Zu diesem Zweck ist die Antriebseinheit ausgebildet, die entsprechenden verfahrbar ausgebildeten Kon taktelemente der jeweiligen Schalteinrichtungen in geeigneter Weise individuell antreiben zu können. Dadurch ist es mög lich, den jeweiligen Schaltvorgang so auszuführen, dass die jeweilige Bemessungsspannung der entsprechenden Schaltein richtung nicht überschritten wird. Zu diesem Zweck können Startbedingungen für das Einleiten des jeweiligen Schaltvor gangs gezielt ausgewählt werden.
Die Erfindung erlaubt es also, auch Schalteinrichtungen un terschiedlicher Bauart mit zum Teil recht abweichenden
Schalteigenschaften in Bezug auf einen Schaltvorgang in Reihe zu schalten und trotzdem so zu synchronisieren, dass ein zu verlässiger Schaltvorgang des Schaltgeräts insgesamt reali siert werden kann. Dabei basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass in der Regel der Ausschaltvorgang gegenüber dem Einschaltvorgang der kritischere Schaltvorgang ist, weil üblicherweise ein Unter brechen eines Stromflusses mittels des Hoch- oder Mittelspan- nungsschaltgeräts beziehungsweise einer Schalteinrichtung zu mindest kurzzeitig zu einer Lichtbogenerscheinung zwischen den sich öffnenden Kontaktelementen führen kann, insbesondere weil ein Abstand zwischen den Kontaktelementen zu Beginn ei nes mechanischen Trennvorgangs noch nicht für eine elektri sche Isolation ausreichend ist und/oder gegebenenfalls auch bewegliche Ladungsträger im Bereich der Trennstrecke noch vorhanden sind. Darüber hinaus kann der hierbei entstehende Lichtbogen weitere Ladungsträger freisetzen, die die Lichtbo generscheinung verstärken beziehungsweise deren Einwirkungs dauer vergrößern. Weil ein derartiger Lichtbogen nicht nur einen in der Regel unerwünschten weiteren Stromfluss zur Fol ge hat, sondern zugleich auch die Kontaktelemente beziehungs weise die Schalteinrichtung insgesamt ungünstig belasten kann, kann die Lebensdauer der Schalteinrichtung ungünstig beeinträchtigt sein. Die Lichtbogenerscheinung soll deshalb möglichst reduziert beziehungsweise vermieden werden.
Die Erfindung basiert nun auf dem weiteren Gedanken, dass durch ein geeignetes, synchronisiertes Durchführen des
Schaltvorgangs von jeder der Schalteinrichtungen die ungüns tigen Auswirkungen, insbesondere des Lichtbogens, aber auch einer ungünstigen Spannungsverteilung über die auszuschalten den Schalteinrichtungen des Hoch- oder Mittelspannungsschalt geräts während des Schaltvorgangs reduziert werden können.
Die Erfindung basiert also insbesondere auf einer dynamischen Beeinflussung eines Nachstroms, der beispielsweise durch eine Lichtbogenerscheinung hervorgerufen sein kann, und zwar nicht nur bei vakuumbasierten Schalteinrichtungen sondern zum Bei spiel auch bei gasisolierten Schalteinrichtungen. Durch eine Beeinflussung von Startbedingungen für den Schaltvorgang be ziehungsweise eine Stromunterbrechung des Betriebsstroms kann die Spannungsverteilung über die in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen verbessert werden, indem eine optimierte Steuerung in Bezug auf die Spannungsaufteilung mittels der Steuereinheit realisiert wird.
Dabei berücksichtigt die Erfindung, dass mittels des Verfah rens der Erfindung eine Ionendichte beziehungsweise eine La dungsträgerdichte im Bereich der Schaltstrecke beeinflusst werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein dy namisches Verhalten der Antriebseinheit, beispielsweise ei ner kinematischen Kette der Antriebseinheit oder dergleichen, wie zum Beispiel unterschiedliche Kontakttrennungszeitpunkte und/oder Kontakttrennungsgeschwindigkeiten beziehungsweise Gesamthübe oder dergleichen, eingestellt wird.
Gerade bei Ausschaltvorgängen als Schaltvorgängen wird im Be reich der Hochspannung beziehungsweise der Mittelspannung häufig vorgesehen, dass der Ausschaltvorgang möglichst im Be reich einer Nullstelle des Stromes beziehungsweise der elektrischen Spannung des Betriebsstromkreises erfolgt.
Anders als bei Niederspannung lässt sich nämlich ein hierbei regelmäßig entstehender Lichtbogen nicht ohne weiteres Lö schen, insbesondere auch nicht mittels Funkenlöschelementen, sodass die Schalteinrichtungen beziehungsweise das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät einer teilweise erheblichen Bean spruchung ausgesetzt ist. Bei einem Betriebsstromkreis, der mit Wechselspannung beziehungsweise Wechselstrom beaufschlagt ist, können hierdurch hervorgerufene Nullstellen der Wechsel spannung beziehungsweise des Wechselstroms genutzt werden, um diese Beanspruchung zu reduzieren. Ist der Betriebsstromkreis hingegen mit einer Gleichspannung beziehungsweise mit einem Gleichstrom beaufschlagt, kann zur Durchführung des Schalt vorgangs eine entsprechende Nullstelle der Gleichspannung be ziehungsweise des Gleichstroms beispielsweise mittels eines separaten Schaltung hervorgerufen werden.
Dabei zeigt sich, dass aufgrund im Bereich der Schaltstrecke vorhandener Ladungsträger das Problem besteht, dass trotz sich nicht mehr kontaktierender Kontaktelemente wegen der La- dungsträger ein Stromfluss einsetzen kann, der insbesondere in Verbindung mit den Symmetrierelementen zu einer uner wünscht asymmetrischen Spannungsbelastung der Schalteinrich tungen des Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts führen kann. Diese Asymmetrie kann sogar dazu führen, dass die Be messungsspannung von wenigstens einer der Schalteinrichtungen überschritten wird.
Die Steuereinheit kann nun, insbesondere durch Erfassen der Ströme gemäß dem ersten Aspekt, aber auch durch Erfassen der Spannungen gemäß dem zweiten Aspekt, aufgrund dieser Ladungs träger die SchaltZeitpunkte entsprechend ermitteln, sodass das Überschreiten der Bemessungsspannung weitgehend vermieden werden kann. Dabei können vorzugsweise natürlich auch schalt einrichtungsspezifische Eigenschaften zumindest ergänzend be rücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft können die Schalt zeitpunkte derart ermittelt werden, dass die Schalteinrich tungsströme vorzugsweise im Wesentlichen gleich groß sind, und zwar insbesondere auch, wenn die Schalteinrichtungen un terschiedlichen Typs sind.
Das Gleiche gilt dem Grunde nach für beide Aspekte, also ins besondere für den ersten Aspekt, bei dem wenigstens ein Sym- metrierelement zu wenigstens einer Schalteinrichtung paral lelgeschaltet ist. Hier kann sich nämlich beispielsweise er geben, dass die in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen mit unterschiedlichen Strömen während des Schaltvorgangs beauf schlagt werden, wobei die Steuereinheit die jeweiligen Ströme in den Schalteinrichtungen selbst erfasst und auswertet und mittels wenigstens einem Steuersignal entsprechende Schaltre aktionen in den jeweiligen Schalteinrichtungen bewirkt. Dabei kann berücksichtigt werden, dass sich die Ströme der Schalt einrichtungen aufgrund der Symmetrierelemente zumindest wäh rend des Schaltvorgangs unsymmetrisch einstellen, sodass eine ungleichmäßige Spannungsbelastung auf die in Reihe geschalte ten Schalteinrichtungen des Hoch- oder Mittelspannungsschalt geräts einwirken können. Mit der Erfindung kann eine opti- mierte Steuerung in Bezug auf die Spannungsverteilung er reicht werden.
Das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät braucht somit keine im Wesentlichen identischen Schalteinrichtungen aufzuweisen. Vielmehr können die Schalteinrichtungen des Hoch- oder Mit telspannungsschaltgeräts auch voneinander abweichend ausge bildet sein, das heißt, von unterschiedlichem Typ sein. Bei spielsweise kann eine Schalteinrichtung eine vakuumbasierte Schalteinrichtung sein, wohingegen eine andere Schalteinrich tung des gleichen Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts eine gasbasierte Schalteinrichtung ist. Trotz unterschiedlicher Schalteinrichtungen bei einem einzelnen Hoch- oder Mittel spannungsschaltgerät kann mit der Erfindung eine gute Syn chronisation in Bezug auf das Schalten erreicht werden.
Gleichwohl kann die Erfindung natürlich auch bei Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräten zum Einsatz kommen, die im We sentlichen identische Schalteinrichtungen aufweisen.
Das Gehäuse der Schalteinrichtungen kann aus einem geeigneten Werkstoff wie Keramik, Kunststoff, Metall, Kombinationen hiervon, insbesondere Verbundwerkstoffe und/oder dergleichen gebildet sein. Das Gehäuse weist vorzugsweise elektrisch iso lierende Eigenschaften auf. In dem Gehäuse kann eine Schalt kontakteinheit angeordnet sein, die die zumindest zwei Kon taktelemente aufweist. Die Kontaktelemente können aus einem geeigneten elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet sein. Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Schalteinrichtungen kann lediglich ein einziges der Kontaktelemente verfahrbar bezie hungsweise beweglich ausgebildet sein. Es kann aber auch vor gesehen sein, dass mehrere oder sogar sämtliche der Kontakte lemente verfahrbar beziehungsweise beweglich ausgebildet sind .
Die Kontaktelemente einer jeweiligen Schalteinrichtung sind vorzugsweise an entsprechende Schalteinrichtungsanschlüsse angeschlossen. Mittels der Kontaktelemente wird die Schalt strecke der Schalteinrichtung bereitgestellt. Um das wenigstens eine verfahrbar ausgebildete Kontaktelement in die gewünschte Schaltposition verfahren zu können, damit der jeweilige Schaltzustand realisiert werden kann, ist das wenigstens eine Kontaktelement mittels der Antriebseinheit in geeigneter Weise verfahrbar. Zu diesem Zweck kann die An triebseinheit einen entsprechenden, insbesondere individuel len, Aktuator aufweisen, mittels dem das Kontaktelement me chanisch in die gewünschte Schaltposition verfahren werden kann. Der Aktuator kann als elektromechanischer Aktuator, als pneumatischer Aktuator, als hydraulischer Aktuator aber auch als manuell betätigbarer Aktuator und/oder dergleichen ausge bildet sein. Darüber hinaus kann die Antriebseinrichtung eine entsprechende mechanische Kopplung umfassen, beispielsweise ein Getriebe oder dergleichen, um die Bewegung des Aktuators an eine erforderliche Bewegung des wenigstens einen verfahr bar ausgebildeten Kontaktelements anpassen zu können.
Die Steuereinheit kann vorzugsweise als elektrische Steuer einheit, insbesondere als elektronische Steuereinheit, ausge bildet sein. Sie kann vorzugsweise kommunikationstechnisch mit der Antriebseinheit gekoppelt sein und stellt wenigstens ein Steuersignal bereit, mittels welchem die Antriebseinheit in geeigneter Weise gesteuert werden kann. Vorzugsweise stellt die Steuereinheit für jede der Schalteinrichtungen ein eigenes Steuersignal bereit. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit zumindest auch teilweise Kombi nationssignale bereitstellt, damit die Antriebseinheit, ins besondere die Aktuatoren, in vorgebbarer Weise gesteuert wer den kann.
Gemäß dem zweiten Aspekt umfasst die Steuereinheit mittels Spannungssensoren jeweilige elektrische Spannungen an den Schalteinrichtungen und vergleicht diese mit zugeordneten Be messungsspannungen der Schalteinrichtungen. Die Bemessungs spannungen der Schalteinrichtungen können zuvor vorgegeben sein, beispielsweise bei einer Inbetriebnahme programmiert werden oder dergleichen. Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, dass die Steuereinheit kommunikationstechnisch mit den Schalteinrichtungen verbunden ist und über die Kommu nikationsverbindung Daten bezüglich der Eigenschaften der je weiligen Schalteinrichtungen erhält. Diese Daten können die jeweilige Bemessungsspannung umfassen. Darüber hinaus können natürlich auch weitere Bemessungsgrößen von den Schaltein richtungen an die Steuereinheit übermittelt werden. Dadurch kann die Steuereinheit zuverlässig und insbesondere automati siert auf die jeweils in dem Schaltgerät vorhandenen Schalt einrichtungen eingestellt werden.
Ferner ist die Steuereinheit ausgebildet, ein Schaltsignal zu erfassen, welches dazu dient, dass das Hoch- oder Mittelspan- nungsschaltgerät seinen Schaltzustand entsprechend wechselt. Abhängig von diesem Schaltsignal erzeugt die Steuereinheit das wenigstens eine Steuersignal für die Antriebseinheit, um den Schaltvorgang entsprechend zu realisieren. Dabei wird ge mäß dem zweiten Aspekt die jeweilige elektrische Spannung an der jeweiligen Schalteinrichtung vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich erfasst und mit der jeweiligen Bemessungsspan nung verglichen. Sobald eine der elektrischen Spannungen grö ßer als die Bemessungsspannung wird, reagiert die Steuerein heit nahezu unverzüglich mit dem wenigstens einen Steuersig nal, um das Schaltverhalten so zu verändern, dass diese er fasste elektrische Spannung wieder kleiner als die Bemes sungsspannung wird. Dadurch kann eine Überlastung von Schalt einrichtungen während des Schaltvorgangs vermieden werden.
Das Schaltsignal umfasst vorzugsweise zumindest ein Aus- schaltsignal . Alternativ oder ergänzend kann es auch ein Ein schaltsignal umfassen.
Bei zu den Schalteinrichtungen gemäß dem ersten Aspekt paral lelgeschalteten Symmetrierelementen kann die Steuereinheit stattdessen oder auch ergänzend den jeweiligen elektrischen Strom in den jeweiligen Schalteinrichtungen erfassen und dies zum Ermitteln des Steuersignals nutzen. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das wenigstens eine Steuersignal derart bereitstellt, dass die erfassten elektrischen Ströme möglichst wenig voneinander abweichen. Vorzugsweise sind die erfassten elektrischen Ströme im We sentlichen gleich.
Die Steuereinheit erreicht die Vorteile der Erfindung unter anderem dadurch, dass sie auf die tatsächlichen Schaltzeit punkte beziehungsweise Schalteigenschaften der jeweiligen Schalteinrichtung Einfluss nimmt. Durch Variieren von Schalt zeitpunkten beziehungsweise Schaltcharakteristiken kann er reicht werden, dass nicht nur die erfassten elektrischen Spannungen kleiner als die jeweils zugeordneten Bemessungs spannungen bleiben, sondern es kann auch erreicht werden, dass die elektrischen Ströme in den jeweiligen Schalteinrich tungen möglichst gleich groß sind. Dadurch kann sich auch ei ne Symmetrierung hinsichtlich der Spannungsbeaufschlagung der Schalteinrichtungen realisieren lassen.
Die Steuereinheit erlaubt es, das wenigstens eine Steuersig nal vorzugsweise an individuelle Eigenschaften der Schaltein richtungen angepasst bereitzustellen. Dadurch können nicht nur individuelle Eigenschaften unterschiedlicher Schaltein richtungen berücksichtigt werden, sondern es können auch bei spielsweise Toleranzen zwischen Schalteinrichtungen des glei chen Typs ausgeglichen werden.
Die Schalteinrichtung kann entsprechende mechanische Mittel aufweisen, mittels denen die Kontaktelemente in bestimmungs gemäßer Weise gehalten beziehungsweise bewegbar geführt sind. Darüber hinaus kann die Schalteinrichtung Anschlusselemente beziehungsweise Befestigungselemente für die Kontaktelemente aufweisen. Die Schalteinrichtung ist zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet, sodass zu mindest im ausgeschalteten Schaltzustand eine ausreichende elektrische Isolation zwischen den Kontaktelementen reali siert werden kann.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass wenigstens eines der Kon taktelemente einer jeweiligen der Schalteinrichtungen einen Werkstoff aufweist, der frei bewegliche Ladungsträger aus ei ner vorgegebenen Umgebung des wenigstens einen der Kontakte lemente aufnimmt. Hierdurch kann ein Nachstrom beziehungswei se ein Reststrom der Schalteinrichtung im ausgeschalteten Schaltzustand beziehungsweise beim Ausschalten reduziert wer den. Dieser Nachstrom beziehungsweise Reststrom kann durch Metalldämpfe oder auch durch ein Löschfluid, insbesondere ein Löschgas, ein Löschöl oder dergleichen, hervorgerufen sein. Beispielsweise kann eine Lichtbogenerscheinung dazu führen, dass eines oder beide der Kontaktelemente entsprechende Dämp fe, beispielsweise Metallionen oder dergleichen freisetzen. Darüber hinaus kann bei einem Löschfluid, beispielweise einem Löschöl oder auch einem Löschgas, eine Ionisierung durch die Lichtbogenerscheinung auftreten, sodass aufgrund der vorhan denen Ionen beziehungsweise Ladungsträger im Bereich der Kon taktelemente ein Stromfluss aufrechterhalten werden kann. Durch Wahl eines geeigneten Kontaktmaterials kann dies zum Beispiel reduziert werden. Als Kontaktwerkstoff kann zum Bei spiel eine Legierung auf Kupfer und Chrom zum Einsatz kommen. Dabei können die entsprechenden Anteile von Kupfer und Chrom variiert werden, um eine möglichst große Reduzierung des Nachstroms beziehungsweise des Reststroms erreichen zu kön nen. Darüber hinaus kann natürlich auch eine Geometrie von wenigstens einem der Kontaktelemente entsprechend ausgebildet sein, um den Nachstrom beziehungsweise den Reststrom reduzie ren zu können.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die SchaltZeitpunkte um höchstens 2 ms, vorzugsweise höchstens 1 ms, gegenüber einem Ausschaltsignal für das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät verzögert sind. Dadurch kann eine entsprechende Synchronisie rung des Schaltvorgangs der Schalteinrichtungen in Bezug auf das Ausschaltsignal für das Hoch- oder Mittelspannungsschalt gerät erreicht werden. Dem Grunde nach kann abhängig von ei ner Konstruktion der Schalteinrichtungen und/oder auch einer Anwendung des Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts aber auch vorgesehen sein, dass die SchaltZeitpunkte bis zu etwa höchstens 10 ms verzögert sind. Insbesondere kann die maxima- le Verzögerungszeit von einer Frequenz einer Größe des Be triebsstromkreises abhängig sein, beispielsweise einer Fre quenz einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms oder dergleichen. Besonders wenn der Betriebsstromkreis mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz von zum Beispiel 50 Hz be aufschlagt ist, kann erreicht werden, dass ein Nulldurchgang der Wechselspannung zum Ermitteln der SchaltZeitpunkte besser berücksichtigt werden kann. Dies ist bei Anwendungen im Be reich Hochspannung beziehungsweise im Bereich Mittelspannung besonders vorteilhaft.
Die Steuereinheit hat also die Möglichkeit, die Schaltsignale hinreichend zu verzögern, um die geeigneten SchaltZeitpunkte für die Schalteinrichtungen ermitteln zu können und das we nigstens eine Steuersignal für die Antriebseinrichtung in ge eigneter Weise bereitstellen zu können. Die Schaltvorgänge selbst der Schalteinrichtungen finden dagegen vorzugsweise in einem Zeitraum von weniger als 0,8 ms statt.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Hoch oder Mittelspannungsschaltgerät eine Antriebseinheit auf weist, die zum Verfahren der wenigstens einen verfahrbar aus gebildeten Kontaktelemente der Schalteinrichtungen mit diesen derart mechanisch gekoppelt ist, sodass jeweilige Schaltzeit punkte der Schalteinrichtungen abhängig von wenigstens einem von der Steuereinheit bereitgestellten Steuersignal individu ell einstellbar sind. Dadurch ist es möglich, die Schaltzeit punkte der Schalteinrichtungen in geeigneter Weise unabhängig voneinander einzustellen. Je nach Bedarf können die Schalt zeitpunkte gewählt werden, sodass die Bemessungsspannungen durch die erfassten Spannungen nicht überschritten bezie hungsweise erfasste Ströme der Schalteinrichtungen möglichst wenig voneinander abweichen. Zu diesem Zweck kann vorzugswei se eine elektromechanische Kopplung zwischen dem jeweils ver fahrbar ausgebildeten der Kontaktelemente und der Antriebs einheit vorgesehen sein, bei der vorzugsweise jedes der ver fahrbar ausgebildeten der Kontaktelemente mit einem jeweili gen Aktuator der Antriebseinheit gekoppelt ist. Insgesamt kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit we nigstens einen Aktuator aufweist, der zum Verfahren von sämt lichen der verfahrbar ausgebildeten Kontaktelemente der
Schalteinrichtungen ausgebildet ist. Differenzen in Bezug auf die SchaltZeitpunkte können dann durch Variationen in einer Kopplungsmechanik realisiert sein. Diese kann einstellbar ausgebildet sein, beispielsweise automatisiert durch die Steuereinheit einstellbar oder dergleichen. Darüber hinaus kann die Antriebseinheit natürlich für vorzugsweise jede der Schalteinrichtungen einen eigenen Aktuator aufweisen, sodass die SchaltZeitpunkte durch die jeweilige Betätigung des je weiligen Aktuators realisiert werden können. Auch Kombinatio nen hiervon können vorgesehen sein.
Die für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen angegebenen Vor teile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die erfindungs gemäßen Verfahren und umgekehrt. Insbesondere können deshalb Vorrichtungsmerkmale auch als Verfahrensmerkmale und umge kehrt formuliert sein.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merk male und Funktionen.
Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Schaltbilddarstellung für einen
Leistungsschalter als Schalteinrichtung;
FIG 2 eine schematische Blockschaltbilddarstellung für ein Hochspannungsschaltgerät, bei dem zu zwei in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen jeweils ein Symmetrierelement parallelgeschaltet ist; und
FIG 3 eine schematische Diagrammdarstellung, mit der ein erfindungsgemäßes Anpassen von SchaltZeitpunkten der Schalteinrichtungen des Hochspannungsschaltge räts gemäß FIG 1 gezeigt ist.
FIG 1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine Schalteinrichtung UE1 beziehungsweise UE2, die vorliegend als Leistungsschalter ausgebildet ist. Der Leistungsschalter UE1, UE2 weist ein nicht dargestelltes dichtes Gehäuse auf, in dem zwei Kontaktelemente 12, 14 zum Ausbilden einer Schaltstrecke 16 angeordnet sind. Das Kontaktelement 12 ist verfahrbar be ziehungsweise bewegbar ausgebildet, wohingegen das Kontakte lement 14 als fix angeordnetes Kontaktelement ausgebildet ist .
Das Kontaktelement 12 wird mittels eines Aktuators 22 einer Antriebseinheit 20 (FIG 2) in geeigneter Weise angetrieben, um durch Einnehmen von entsprechenden Schaltpositionen
Schaltzustände der Schalteinrichtung UE1, UE2 realisieren zu können. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass sich die zwei Kontaktelemente 12, 14 in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente 12, 14 in einem ausgeschalteten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind. Das Kontaktelement 12 wird vorliegend zur Durchführung des Schaltvorgangs um eine vorgegebene Wegstre cke verfahren.
FIG 2 zeigt nun ein Hochspannungsschaltgerät 10 zum Schalten eines nicht weiter bezeichneten, mit Hochspannung beauf schlagten Betriebsstromkreises. Das Hochspannungsschaltgerät 10 umfasst zwei elektromechanische Schalteinrichtungen UE1, UE2 gemäß FIG 1, die vorliegend in Reihe zueinander geschal tet sind. Zu jeder der Schalteinrichtungen UE1, UE2 ist je weils ein Symmetrierelement SEI, SE2 parallelgeschaltet. Die Symmetrierelemente SEI, SE2 sind vorliegend durch Kondensato ren gebildet.
In FIG 2 ist schematisch die Antriebseinheit 20 dargestellt, die für jede der Schalteinrichtungen UE1, UE2 einen individu ellen Aktuator 22 aufweist, mittels dem der jeweilige Schalt- zustand der Schalteinrichtungen UE1, UE2 eingestellt werden kann. Die Antriebseinheit 20 ist ferner an eine Steuereinheit 18 angeschlossen, die die Antriebseinheit 20 hinsichtlich der Schaltzustande entsprechend steuert. Zu diesem Zweck erhält die Steuereinheit 18 ein entsprechendes Schaltsignal 24 von einer nicht weiter dargestellten übergeordneten Steuerung. Vorliegend gilt dem Schaltsignal 24 in Form eines Ausschalt signals die besondere Beachtung, wenngleich sich der Sachver halt natürlich analog auch auf einen Einschaltvorgang über tragen lässt.
Es ist ferner vorgesehen, dass elektrische Ströme Ii* sowie I2* der Schalteinrichtungen UE1, UE2 mittels Stromsensoren 26, 28 erfasst werden, die an die Steuereinheit 18 ange schlossen sind. Ein jeweiliger der Stromsensoren 26, 28 er fasst dabei einen jeweiligen der elektrischen Ströme Ii*, I2 *.
Bei den elektrischen Strömen Ii* und I2 * handelt es sich um elektrische Ströme der Schalteinrichtungen UE1 und UE2.
Dadurch kann erfasst werden, wie die jeweilige der Schaltein richtungen UE1, UE2 mit dem jeweiligen der elektrischen Strö me Ii* und I2 * beaufschlagt wird. Mit I2 und I2 sind entspre chende elektrische Ströme der Symmetrierelemente SEI und SE2 dargestellt .
Die Steuereinheit 18 ist nunmehr dazu ausgebildet, die er fassten elektrischen Ströme I2 * und I2 * miteinander zu ver gleichen. Abhängig von dem Vergleich werden SchaltZeitpunkte ti und t2 für die Schalteinrichtungen UE1 und UE2 bei einem Übergang vom eingeschalteten Schaltzustand zum ausgeschalte ten Schaltzustand ermittelt und individuell eingestellt, in dem entsprechende Steuersignale für die Aktuatoren 22 ermit telt werden. Dies wird im Folgenden anhand von FIG 3 weiter erläutert .
FIG 3 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung in ei nem Strom-Zeit-Diagramm mittels zweier Graphen, die den je weiligen erfassten elektrischen Strömen I2 * und I2 * entspre- chen, wie die Steuereinheit 18 die SchaltZeitpunkte ti und t2 ermittelt. Die Graphen ergeben sich jeweils durch individuel le Eigenschaften der Schalteinrichtungen UE1 und UE2. Die Steuereinheit 18 ermittelt nun die SchaltZeitpunkte ti und t2 derart, dass die Ströme Ii* und I2 * im Wesentlichen den glei chen Wert haben. Entsprechende Steuersignale werden an die Antriebseinheit 20 übermittelt, die dann mittels der jeweili gen Aktuatoren 22 die entsprechenden verfahrbar ausgebildeten Kontaktelemente 12 in geeigneter Weise antreibt.
Aus FIG 3 ist ersichtlich, dass der SchaltZeitpunkt ti klei ner als der SchaltZeitpunkt t2 gewählt ist. Dies ist den Ei genschaften der Schalteinrichtungen UE1 und UE2 geschuldet, weil die Schalteinrichtung UE1 langsamer schaltet als die Schalteinrichtung UE2. Dadurch, dass die Steuereinheit 18 durch geeignete Wahl der SchaltZeitpunkte ti und t2 diese Un terschiede kompensieren kann, kann somit auch eine Spannungs symmetrierung hinsichtlich der an den Schalteinrichtungen UE1 und UE2 anliegenden elektrischen Spannungen Ui und U2 erfol gen. Vorliegend ist vorgesehen, dass die elektrischen Span nungen Ui und U2 im Wesentlichen gleich groß sind.
Dadurch kann also auch während des Schaltvorgangs erreicht werden, dass Bemessungsspannungen der Schalteinrichtungen UE1 und UE2 im Wesentlichen nicht überschritten werden. Dem Grun de nach brauchen die Bemessungsspannungen der Schalteinrich tungen UE1 und UE2 jedoch nicht gleich groß zu sein. Sie kön nen auch voneinander abweichen, wobei dies entsprechend durch die Steuereinheit 18 berücksichtigt werden kann. Die Steuer einheit 18 braucht in einem solchen Fall die SchaltZeitpunkte ti und t2 natürlich nicht so einzustellen, dass die elektri schen Spannungen Ui und U2 im Wesentlichen gleich groß sind, sondern sie kann die SchaltZeitpunkte ti und t2 so wählen, dass die jeweiligen Bemessungsspannungen der Schalteinrich tungen UE1 und UE2 nicht überschritten werden.
Zum Ermitteln der SchaltZeitpunkte t2 und t2 berücksichtigt die Steuereinheit 18 vorliegend unter anderem eine kinemati- sehe Kette für die Betätigung der Kontaktelemente 12, eine Öffnungsgeschwindigkeit der Kontaktelemente 12 und/oder der gleichen. Die Steuereinheit 18 wählt also die SchaltZeitpunk te ti und 12 derart, dass die erfassten elektrischen Ströme Ii* und I2* vorliegend im Wesentlichen gleich groß sind, falls eine im Wesentlichen symmetrische Spannungsaufteilung für die Schalteinrichtungen UE1 und UE2 gewünscht ist. Je nach Bedarf kann die Steuereinheit 18 den Vergleich jedoch auch derart ausführen, dass die erfassten Ströme Ii* und I2 * in einer vor gegebenen Weise voneinander abweichen, wenn eine entsprechen de Abweichung der elektrischen Spannungen Ui und U2 gewünscht ist .
Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken. Darüber hin aus ist die Erfindung natürlich auch nicht auf das Ausschal ten des Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts beschränkt.
Die Erfindung kann selbstverständlich gleichermaßen auch für ein Einschalten des Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräts entsprechend genutzt werden.
Bezugszeichenliste
10 Hochspannungsschaltgerät
12 verfahrbares Kontaktelement
14 fixes Kontaktelement
16 Schaltstrecke
18 Steuereinheit
20 Antriebseinheit
22 Aktuator
24 Schaltsignal
26 Stromsensor
28 Stromsensor
11 elektrischer Strom
12 elektrischer Strom
Ii* elektrischer Strom
Ii* elektrischer Strom
SEI Symmetrierelement
SE2 Symmetrierelement
ti SchaltZeitpunkt
12 SchaltZeitpunkt
Ui elektrische Spannung
U2 elektrische Spannung
UE1 Schalteinrichtung
UE2 Schalteinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (10) zum Schalten eines mit Hoch- oder Mittelspannung beaufschlagten Betriebs stromkreises, mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten elektromechanischen Schalteinrichtungen (UE1, UE2) und we nigstens einem Symmetrierelement (SEI, SE2), das zu wenigs tens einer der wenigstens zwei Schalteinrichtungen (UE1, UE2) parallelgeschaltet ist, wobei jede der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) ein dichtes Gehäuse aufweist, in dem wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) zum Ausbilden einer Schaltstre cke (16) angeordnet sind, von denen wenigstens eines der Kon taktelemente (12) verfahrbar ausgebildet ist, wobei die
Schalteinrichtungen (UE1, UE2) derart ausgebildet sind, dass sich die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem ausgeschalteten
Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinheit (18), die ausgebildet ist, mittels
Stromsensoren (26, 28) erfasste elektrische Ströme (Ii*, I2 *) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) miteinander zu vergleichen und SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) bei einem Übergang zwischen dem eingeschalteten Schalt zustand und dem ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von dem Vergleich individuell einzustellen.
2. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Steuereinheit ausgebildet ist, mittels Spannungssensoren erfasste elektrische Spannun gen (Ul, U2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit entspre chenden zugeordneten Bemessungsspannungen der Schalteinrich tungen (UE1, UE2) zu vergleichen und die SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) bei einem Über gang vom eingeschalteten Schaltzustand zum ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von den Vergleichen individuell einzu stellen, sodass die jeweils erfasste elektrische Spannung (Ul, U2) kleiner als die jeweils zugeordnete Bemessungsspan nung ist.
3. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (10) zum Schalten eines mit Hoch- oder Mittelspannung beaufschlagten Betriebs stromkreises, mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten elektromechanischen Schalteinrichtungen (UE1, UE2), wobei je de der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) ein dichtes Gehäuse aufweist, in dem jeweils wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) zum Ausbilden einer Schaltstrecke (16) angeordnet sind, von denen wenigstens eines der Kontaktelemente (12) verfahr bar ausgebildet ist, wobei die Schalteinrichtungen (UE1, UE2) derart ausgebildet sind, dass sich die wenigstens zwei Kon taktelemente (12, 14) in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem ausgeschalteten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinheit (18), die ausgebildet ist, mittels Span nungssensoren erfasste elektrische Spannungen (Ul, U2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit entsprechenden zugeordne ten Bemessungsspannungen der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) zu vergleichen und SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schaltein richtungen (UE1, UE2) bei einem Übergang zwischen dem einge schalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzu stand abhängig von den Vergleichen individuell einzustellen, sodass die jeweils erfasste elektrische Spannung (Ul, U2) kleiner als die jeweils zugeordnete Bemessungsspannung ist.
4. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach Anspruch 3, ge kennzeichnet durch wenigstens ein Symmetrierelement (SEI, SE2), das zu wenigstens einer der wenigstens zwei Schaltein richtungen (UE1, UE2) parallelgeschaltet ist.
5. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) ausge bildet ist, mittels Stromsensoren (26, 28) erfasste elektri sche Ströme (Ii*, I2 *) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit- einander zu vergleichen und die SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) bei einem Übergang vom einge schalteten Schaltzustand zum ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von dem Vergleich individuell einzustellen.
6. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigs tens eines der Kontaktelemente (12, 14) einer jeweiligen der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) einen Werkstoff aufweist, der frei bewegliche Ladungsträger aus einer vorgegebenen Umgebung des wenigstens einen der Kontaktelemente (12, 14) aufnimmt.
7. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
SchaltZeitpunkte (ti, t2) um höchstens 2 ms, vorzugsweise höchstens 1 ms, gegenüber einem Ausschaltsignal (24) für das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (10) verzögert sind.
8. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach einem der vor hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Antriebsein heit (20), die zum Verfahren der wenigstens einen verfahrbar ausgebildeten Kontaktelemente (12) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit diesen derart mechanisch gekoppelt ist, dass jeweilige SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) abhängig von wenigstens einem von der Steuerein heit (18) bereitgestellten Steuersignal individuell einstell bar sind.
9. Verfahren zum Steuern eines Hoch- oder Mittelspannungs schaltgeräts (10), mittels dem ein mit Hoch- oder Mittelspan nung beaufschlagter Betriebsstromkreis geschaltet wird, zu welchem Zweck das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (10) wenigstens zwei in Reihe geschaltete elektromechanische
Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit einem dichten Gehäuse um fasst, wobei wenigstens ein Symmetrierelement (SEI, SE2) zu wenigstens einer der wenigstens zwei Schalteinrichtungen (UE1, UE2) parallelgeschaltet ist, wobei in den Gehäusen je weils wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) zum Ausbilden einer Schaltstrecke (16) angeordnet ist, von denen wenigstens eines der Kontaktelemente (12) zum Wechseln eines Schaltzu stands der jeweiligen Schalteinrichtung (UE1, UE2) verfahren wird, wobei sich die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem ausgeschal teten Schaltzustand beabstandet zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
mittels Stromsensoren erfasste elektrische Ströme (Ii*, I2 *) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) miteinander verglichen werden und SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) bei einem Übergang zwischen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzustand abhängig von dem Vergleich individuell eingestellt werden.
10. Verfahren zum Steuern eines Hoch- oder Mittelspannungs schaltgeräts (10), mittels dem ein mit Hoch- oder Mittelspan nung beaufschlagter Betriebsstromkreis geschaltet wird, zu welchem Zweck das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (10) wenigstens zwei in Reihe geschaltete elektromechanische
Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit einem dichten Gehäuse um fasst, wobei in den Gehäusen jeweils wenigstens zwei Kontak telemente (12, 14) zum Ausbilden einer Schaltstrecke (16) an geordnet sind, von denen wenigstens eines der Kontaktelemente (12) zum Wechseln eines Schaltzustands der jeweiligen Schalt einrichtung (UE1, UE2) verfahren wird, wobei sich die wenigs tens zwei Kontaktelemente (12, 14) in einem eingeschalteten Schaltzustand kontaktieren und die wenigstens zwei Kontakte lemente (12, 14) in einem ausgeschalteten Schaltzustand beab standet zueinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels Spannungssensoren erfasste elektrische Spannungen (Ul, U2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) mit entsprechen den zugeordneten Bemessungsspannungen der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) verglichen werden und SchaltZeitpunkte (ti, t2) der Schalteinrichtungen (UE1, UE2) bei einem Übergang zwi schen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalte ten Schaltzustand abhängig von den Vergleichen individuell eingestellt werden, sodass die jeweils erfasste elektrische Spannung (Ul, U2) kleiner als die jeweils zugeordnete Bemes sungsspannung ist.
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