Hochspannungs-SF6-Druckgas-Leistungsschalter

Abstract

 2.1 Bei einem Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter ist die Auslösung der Ausschaltbewegung der Schaltstücke unabhängig vom Abschaltbefehl durch ein Auslösesteuergerät zu einem in fester Beziehung zum Nulldurchgang (1) des zu unterbrechenden Stromes stehenden Zeitpunkt (3) veranlaßt, der einen Stromnulldurchgang (7) im Löschbereich (6) der Unterbrechereinheit sicherstellt. 2.2 Ein derartiger synchrongeschalteter, für 50 Hz Betrieb ausgelegter Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter ist in einem 16²/₃ Hz Netz betrieben und das Auslösesteuergerät ist so eingestellt, daß ein Stromnulldurchgang (7) des 16²/₃ Hz Stromes (i) stets im Löschbereich (6) der 50 Hz Unterbrechereinheit liegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter, bei dem die Auslösung der Ausschaltbewegung der Schaltstücke der für eine bestimmte Kurzschlußabschaltleistung im 50 Hz Betrieb ausgelegten Unterbrechereinheit durch ein Auslösesteuergerät veranlaßt ist, das unabhängig vom Zeitpunkt einer Befehlsgabe zum Abschalten die Ausschaltbewegung der Schaltstücke zu einem in fester Beziehung zum Nulldurchgang des zu unterbrechende Stromes stehenden Zeitpunkt auslöst, der einen Nulldurchgang im Löschbereich der Unterbrechereinheit sicherstellt.

[0002] Ein derartiger Hochspannungs-Blaskolben-Leistungsschalter mit Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes ist aus der DD-AI 248 903 bekannt. Bei diesem bekannten synchronschaltenden Hochspannungs-Blaskolben-Leistungsschalter, der das Löschgas selbst komprimiert und deshalb einen relativ langsamen Antrieb aufweist, steuert das Auslösesteuergerät die Ausschaltbewegung mittels eines von dem Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes erzeugten, in Abhängigkeit von der Schaltereigenzeit und der Höhe des Stromes verzögerten Impulses so, daß ein Stromnulldurchgang gleicher Polarität im optimalen Löschbereich des Schalters liegt und dann bei Vorliegen eines Ausschaltbefehls, wie Handabschaltung oder Abschaltung durch Netzschutz, den Strom mit minimaler Lichtbogenzeit unterbricht. Dadurch wird sowohl bei symmetrischen als auch bei asymmetrischen Kurzschlußströmen der Kontaktabbrand reduziert.

[0003] Es ist weiterhin bekannt, daß in einem 16²/₃ Hz Bahnstromnetz die Anforderungen an einen Hochspannungs-Blaskolben-Leistungsschalter, insbesondere mit SF₆ als Druckgas, höher sind als bei einem 50 Hz Betrieb (Zeitschrift "Elektrische Bahnen", 1989, Seiten 246 bis 249). Deshalb ist bei diesem bekannten 16²/₃ Hochspannungs-Leistungsschalter, der für eine bestimmte Kurzschlußabschaltleistung ausgelegt ist, die Ausschaltgeschwindigkeit der Schaltstücke gegenüber der bei einem 50 Hz Betrieb üblichen wegen der erheblich längeren Lichtbogenzeiten bei 16²/₃ Hz verringert. Außerdem ist die Unterbrechereinheit des bekannten Schalters mit einer vergrößerten Löschkammer und dem Einbau eines abbrennfesten Einsatzes in der Düse gegenüber einen für den Betrieb bei 50 Hz entsprechenden Hochspannungs-Leistungsschalter abgewandelt, weil bekanntlich bei 16²/₃ Hz die Schaltarbeit (als Integral über die Lichtbogenzeit aus dem Produkt von Kurzschlußstrom und Lichtbogenspannung) je Stromhalbwelle bzw. die Wärmemenge des Schaltlichtbogens dreimal größer als bei gleichen Stromstärken mit 50 Hz ist (siehe Zeitschrift "E und M", 1987, Seiten 261, 262). Eine derartige Anpassung der Löschkammer in der Unterbrechereinheit erfordert aber einen hohen Entwicklungsaufwand für einen verhältnismäßig geringen Bedarf.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf andere, einfache Weise einen für 16²/₃ Hz geeigneten Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter, insbesondere mit Blaskolben, zu schaffen.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter der eingangs beschriebenen Art, d. h. ein mit einer für 50 Hz ausgelegten Unterbrechereinheit und mit einem für synchrone Schaltung bestimmten Auslösesteuergerät versehener Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter, gemäß der Erfindung in einem 16²/₃ Hz Netz betrieben und das Auslösesteuergerät ist so eingestellt, daß ein Stromnulldurchgang des 16²/₃ Hz Stromes stets im Löschbereich der 50 Hz Unterbrechereinheit liegt.

[0006] Dadurch ist der die gesamte Halbwelle des 16²/₃ Hz Stromes von 30 ms nicht umfassende Löschbereich einer einzigen 50 Hz Unterbrechereinheit, der im allgemeinen ungefähr 15 ms beträgt, bereits ausreichend, um den zu unterbrechenden Kurzschlußstrom mit Sicherheit abzuschalten. Es kann also ein normaler einpoliger 50 Hz Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter, sei es ein Freiluftschalter oder ein in einer druckgasisolierten gekapselten Hochspannungsschaltanlage befindlicher Leistungsschalter, auch in einem 16²/₃ Hz Netz die Kurzschlußströme abschalten, für deren Unterbrechung bei 50 Hz die Unterbrechereinheit ausgelegt ist.

[0007] Auch gewisse Veränderungen der Ausschaltzeitverzögerung während der Betriebszeit des Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalters, z. B. bedingt durch Temperaturänderungen oder durch Abweichung der Wellenform der Kurzschlußströme von der reinen Sinusform, können ebenfalls von dem Löschbereich der 50 Hz Unterbrechereinheiten noch erfaßt werden, so daß der meßtechnische Aufwand für das Ausschaltlösesteuergerät verhältnismäßig gering bleiben kann. Es ist aber ebenfalls bekannt, derartige veränderliche Parameter durch Korrekturgrößen zu berücksichtigen, die dem Auslösesteuergerät zugeführt werden.

[0008] Es empfiehlt sich ferner, daß das Auslösesteuergerät durch den Abschaltbefehl aktivierbar ist. Erst dann bei Vorliegen eines Ausschaltbefehls, sei es ein Befehl durch Handabschaltung oder ein durch ein Netzschutzgerät gegebener Befehl, erfaßt das Auslösesteuergerät die Meßdaten des abzuschaltenden Stromes und veranlaßt mit der eingestellten konstanten Verzögerungszeit die Auslösung der Ausschaltbewegung der Schaltstücke derart, daß der Stromnulldurchgang in den Löschbereich der Unterbrechereinheit fällt.

[0009] Im folgenden sei die Wirkungsweise der Erfindung noch anhand des in den Figuren 1 und 2 über der Zeit schematisch dargestellten Verlaufs von Kurzschlußströmen näher erläutert.

[0010] Figur 1 zeigt einen über der Zeit t aufgetragenen Kurzschlußstrom i in einem 16²/₃ Hz Netz. Dieser Kurzschlußstrom i hat eine reine Sinusform mit einer Halbperiode von 30 ms. Hat nun der in diesem 16²/₃ Netz eingebaute Hochspannungs-S Fs-Blaskolben-Leistungsschalter infolge des Auftretens des Kurzschlußstromes i einen Abschaltbefehl erhalten, so wird ein mit dem Antrieb des Schalters verbundenes Auslösesteuergerät aktiviert, das die Stromnulldurchgänge des Kurzschlußstromes i erfaßt.

[0011] Dieses Auslösesteuergerät spricht bei dem ersten Stromnulldurchgang 1 nach der positiven Halbwelle des Kurzschlußstromes i an, womit zunächst durch ein Zeitglied eine bestimmte, zuvor in Abhängigkeit von den Eigenzeiten der Meßeinrichtungen des Auslösesteuergerätes und des Leistungsschalters sowie der Größe des Löschbereiches der Unterbrechereinheit eingestellte Zeitverzögerung 2 wirksam wird, die durch Pfeile angedeutet ist und im Ausführungsbeispiel angenähert 44 ms beträgt. Nach Ablauf dieser Zeitverzögerung 2 wird die Ausschaltbewegung der Schaltstücke des Leistungsschalters zum Zeitpunkt 3 der Kontakttrennung ausgelöst. Die Schaltstücke des Leistungsschalters öffnen sich somit und erreichen nach einer bestimmten, durch Pfeile dargestellten Vorlaufzeit 4 von angenähert 9 ms zum Zeitpunkt 5 eine Stellung, die der minimalen Lichtbogenzeit der Unterbrechereinheit entspricht. Dies bedeutet, daß der Löschbereich 6 (ebenfalls durch Pfeile dargestellt) zum Zeitpunkt 5 beginnt, da die Unterbrechereinheit dann bereits in der Lage gewesen wäre, das Wiederzünden eines Lichtbogens zu verhindern.

[0012] Der nächste Stromnulldurchgang 7 des 16²/₃ Hz Kurzschlußstromes i nach Ablauf der Zeitverzögerung 2 fällt ungefähr in die Mitte dieses Löschbereiches 6 der Unterbrechereinheit, so daß der Kurzschlußstrom i mit Sicherheit bei diesem Stromnulldurchgang 7 unterbrochen wird. Der Löschbereich 6 der Unterbrechereinheit beträgt entsprechend den üblichen Verhältnissen bei 50 Hz Hochspannungs-SFs-Druckgas-Leistungsschaltern ungefähr 15 ms.

[0013] Bekanntlich kann in 16²/₃ Hz Netzen die Gleichstromzeitkonstante bei einem abzuschaltenden asymmetrischen Kurzschlußstrom wesentlich höher sein als im 50 Hz Netz. Figur 2 zeigt daher den Stromverlauf derartiger asymmetrischer Kurzschlußströme i_x bzw. iy (gestrichelt dargestellt), bei denen das Gleichstromglied im Zeitpunkt der Auslösung des Kurzschlußstromes angenähert genauso groß ist wie dessen Scheitelwert. Für gleiche Zeitbereiche sind die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden, die aber zur Verdeutlichung der Zuordnung mit x bzw. y ergänzt sind.

[0014] Der Kurzschlußstrom i_x, der ein positives Gleichstromglied enthält, hat die beiden ersten Stromnulldurchgang 8 bereits kurze Zeit nach dem Auftreten des Kurzschlusses, so daß vorausgesetzt wird, daß das Netzschutzgerät zu diesem Zeitpunkt der Stromnulldurchgänge 8 dem Leistungsschalter noch keinen Ausschaltbefehl übermittelt hat. Demzufolge ist das Auslösesteuergerät erst bei dem darauffolgenden Stromnulldurchgang 9 aktiviert, so daß jetzt die konstante Zeitverzögerung 2x beginnt. Dies bedeutet, daß das Auslösesteuergerät die Ausschaltbewegung der Schaltstücke des Leistungsschalters zum Zeitpunkt 10 auslöst, bei dem sich die Kontakte der Schaltstücke trennen und somit die Vorlaufzeit 4x beginnt. Entsprechend beginnt der Löschbereich 6x der Unterbrechereinheit zum Zeitpunkt 11. Der nächste Stromnulldurchgang 12 des Kurzschlußstromes i_x liegt nun eindeutig innerhalb dieses Löschbereiches 6x, so daß der Kurzschlußstrom i_x mit Sicherheit unterbrochen wird.

[0015] Das gleiche gilt für den Kurzschlußstrom iy mit dem negtiven Gleichstromglied. Bei diesem Kurzschlußstrom iy tritt der erste Stromnulldurchgang 13 auch noch zu früh für die Aktivierung des Auslösegerätes durch den Abschaltbefehl auf. Dieses ist erst bei dem nächsten Stromnulldurchgang 14 aktiviert. In diesem Stromnulldurchgang 14 beginnt daher die Zeitverzögerung 2y und der Befehl zum Auslösen der Ausschaltbewegung der Schaltstücke wird zum Auslösezeitpunkt 15 gegeben. Nach Verstreichen der Vorlaufzeit 4y beginnt deshalb im Zeitpunkt 16 der Löschbereich 6y der Unterbrechereinheit. Der Stromnulldurchgang 17 nach Ablauf der Zeitverzögerung 2y fällt eindeutig innerhalb des Löschbereiches 6y der Unterbrechereinheit. Auch der Kurzschlußstrom iy wird also von dem der 50 Hz Unterbrechereinheit des Leistungsschalters ohne Schwierigkeit abgeschaltet.

[0016] Die durch die Gleichstromglieder der Kurzschlußströme i_x, iy auftretenden Verschiebungen zwischen den Stromnulldruchgängen werden also noch von den Löschbereichen 6x bzw. 6y erfaßt, so daß die eigentlich für einen 50 Hz Betrieb ausgelegte Unterbrechereinheit auch Kurzschlußströme gleicher Größe im 16²/₃ Hz Netz löschen kann.

Ansprüche

1. Hochspannungs-SF₆ -Druckgas-Leistungsschalter, bei dem die Auslösung der Ausschaltbewegung der Schaltstücke der für eine bestimmte Kurzschlußabschaltleistung bei 50 Hz Betrieb ausgelegten Unterbrechereinheit durch ein Auslösesteuergerät veranlaßt ist, das unabhängig vom Zeitpunkt einer Befehlsgabe zum Abschalten die Ausschaltbewegung der Schaltstücke zu einem in fester Beziehung zum Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes stehenden Zeitpunkt auslöst, der einen Stromnulldurchgang im Löschbereich der Unterbrechereinheit sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungs-SF₆-Druckgas-Leistungsschalter in einen 16²/₃ Hz Netz betrieben ist und daß das Auslösesteuergerät so eingestellt ist, daß ein Stromnulldurchgang (7, 12, 17) des 16²/₃ Hz Stromes stets im Löschbereich (6, 6x, 6y) der 50 Hz Unterbrechereinheit liegt.

2. Hochspannungs-SF₃-Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesteuergerät durch den Abschaltbefehl aktivierbar ist.

Zeichnung