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WO2024022885A1 - Vorzündeinrichtung für eine hochspannungs-vakuumschaltröhre - Google Patents

Vorzündeinrichtung für eine hochspannungs-vakuumschaltröhre Download PDF

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Publication number
WO2024022885A1
WO2024022885A1 PCT/EP2023/069868 EP2023069868W WO2024022885A1 WO 2024022885 A1 WO2024022885 A1 WO 2024022885A1 EP 2023069868 W EP2023069868 W EP 2023069868W WO 2024022885 A1 WO2024022885 A1 WO 2024022885A1
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WO
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contact
voltage
switching
main
switching device
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Application number
PCT/EP2023/069868
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Giere
Thomas Heinz
Sylvio Kosse
Jörg Teichmann
Jan WEISKER
Stefan Wilke
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • H01H2033/566—Avoiding the use of SF6

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage switching device with a pre-ignition device and a method for operating this high-voltage switching device.
  • the invention is based on the problem of providing a solution as to how the wear of a high-voltage vacuum interrupter can be significantly reduced.
  • the problem is solved by a high-voltage switching device with pre-ignition device comprising the features of claim 1 and a method for operating this high-voltage switching device comprising the features of claim 7.
  • the high-voltage vacuum switching device has an additional switch-on contact outside the vacuum interrupter, so that the switch-on arc does not arise in the vacuum tube and does not damage the vacuum tube.
  • the solution according to the invention creates a technically robust system that has reliable switching with a long electrical service life under conditions of high voltage and high currents.
  • the main contact 12 of the main switching unit 2 can be designed to carry the current and the secondary contact 13 of the secondary switching unit 3 can be designed to be optimized for switching the current. This is of particular importance for an embodiment of the invention in which the secondary switching unit 3 is formed with an additional vacuum tube, in particular as a secondary contact 13 in the inrush current path ad.
  • the secondary contact and/or the main contact are switched on or off in a phase-controlled manner.
  • FIG. 1 shows a high-voltage vacuum switching device 1 according to the invention with a main switching unit 2 and a separate secondary switching unit 3,
  • FIG. 2 shows a high-voltage vacuum switching device according to the invention with a main switching unit and an integrated secondary switching unit
  • FIG. 3 shows a high-voltage vacuum switching device according to the invention with a main switching unit and a secondary switching unit having a switching resistor
  • Fig. 8 switching sequence of the high-voltage vacuum switching device according to the invention, secondary contact opens.
  • Figure 1 shows a main switching unit 2, which is formed with a high-voltage vacuum switching tube 4 having a main contact and which is electrically connected to a power supply 5 and a power outlet 6.
  • a secondary switching unit 3 is electrically connected to the power supply 5 and the power outlet 6, whereby the secondary switching unit 3 is connected in parallel to the main switching unit 2.
  • a secondary contact 13 is arranged in the housing of the secondary switching unit 3.
  • the secondary switching unit 3 forms a pre-ignition device for the main switching unit 2.
  • the main switching unit 2 and the secondary switching unit 3 are arranged in separate housings, in particular separate insulating containers.
  • the housing of the secondary switching unit 3 may be hermetically filled with an insulating gas, in particular free of sulfur hexafluoride (SF6-free).
  • the main switching unit 2 and the secondary switching unit 3 can be mechanically actuated via a drive unit 7, an insulating rod 8 and a gear 9 in such a way that the temporal sequence of closing and opening of the main contact in the main switching unit 2 and the secondary contact in the secondary switching unit 3 is controlled.
  • the high-voltage vacuum switching tube 4 of the main switching unit 2 and the switching contact 13 of the secondary switching unit 3 are arranged in a common housing, in particular a common insulating container 10.
  • the high-voltage vacuum switching device 1 according to FIG. 3 has, in addition to the high-voltage vacuum switching device 1 according to FIG.
  • the secondary contact of the secondary switching unit 3 and the on-resistor 11 may be arranged together in a housing, in particular an insulating container.
  • the on-resistor 11 limits the on-current.
  • 4 to 8 show characteristic switching sequences of closing and opening of the main contact 12 in the main switching unit 2 and the secondary contact 13 in the secondary switching unit 3, controlled by the drive unit 7 and the gear 9.
  • the representation of the drive unit and the insulating rod are omitted for the sake of clarity .
  • the high-voltage vacuum switching device 1 is switched off, the main contact 12 in the main switching unit 2 and the secondary contact 13 in the secondary switching unit 3 are open.
  • the switching sequence Fig. 5 the lower contact piece of the secondary contact 13 is moved up a section of the entire contact path by means of the drive unit, with a pre-ignition 14 taking place at the secondary contact in the insulating gas.
  • the lower contact piece of the secondary contact 13 is moved up the entire contact path by means of the drive unit, the secondary contact 13 is closed.
  • the switching sequence Fig. 7 the lower contact piece of the secondary contact is moved up the entire contact path by means of the drive unit, the secondary contact is closed, the main contact is closed by means of the drive unit.
  • the switching sequence Fig. 8 the lower contact piece of the secondary contact is moved down the entire contact path by means of the drive unit, the secondary contact 13 is open, the main contact 12 is closed.
  • high voltage is understood to mean a voltage of 72.5 kilovolts and greater.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Es wird eine Hochspannungs-Schalteinrichtung aufweisend eine Hochspannungs-Vakuumschaltröhre (4) vorgeschlagen, der zur Verringerung des Kontaktverschleißes eine Vorzündeinrichtung (3) parallelgeschaltet ist. Varianten betreffen die Schaltfolge von Vakuumschaltröhre und Vorzündeinrichtung. In vorteilhafter Weise wird ein technisch robustes System geschaffen, das unter den Bedingungen von Hochspannung und hohen Strömen ein zuverlässiges Schalten bei langer elektrischer Lebensdauer aufweist.

Description

Beschreibung
Vorzündeinrichtung für eine Hochspannungs-Vakuumschaltröhre
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Schalteinrichtung mit Vorzündeinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb dieser Hochspannungs -Schalteinrichtung.
Häufiges Einschalten mit hohem Strom speziell in Vakuumschaltröhren kann zu einer Schädigung der Kontakte eines Leistungs schaltens führen, was schließlich die elektrische und mechanische Lebensdauer begrenzt. Das Ausschalten eines hohen Stromes kann der Schädigung entgegenwirken, da ein während der Ausschaltung auftretendes lokales Aufschmelzen der Kontaktoberfläche zu einer elektrischen Glättung der Kontaktoberfläche führt. Bei der Anwendung des Schalters an einer kapazitiven Last wie zum Beispiel einer Kondensatorbank ist allerdings der Aus schaltstrom zu gering, als dass dieser Glättungseffekt eintreten kann. Insbesondere bei Vakuumschaltern und insbesondere in der Hochspannungstechnik kann dieses zu einer deutlich begrenzten Lebensdauer aber auch zu einer unerlaubten Anzahl von Rückzündungen führen.
In der Mittelspannung wird dieses Phänomen kinematisch durch gut gewählte Abstimmung zwischen Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit gelöst. Hier wirkt sich positiv aus, dass die so genannten Vorzündzeiten, das heißt, die Einwirkzeit des beim Einschalten auftretenden Lichtbogens, aufgrund der relativ geringen Spannungen sehr gering sind. Dies ist allerdings in der Hochspannung nicht der Fall, hier weichen die Vorzündzeiten signifikant von Null ab.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Lösung anzugeben, wie der Verschleiß einer Hochspannungs-Vakuumschaltröhre erheblich reduziert werden kann. Das Problem wird durch eine Hochspannungs-Schalteinrichtung mit Vorzündeinrichtung umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb dieser Hochspannungs- Schalteinrichtung umfassend die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst .
Die erfindungsgemäße Hochspannungs-Vakuumschalteinrichtung weist einen zusätzlichen Einschaltkontakt außerhalb der Vakuumschaltröhre auf, so dass der Einschaltlichtbogen nicht in der Vakuumröhre entsteht und die Vakuumröhre nicht schädigt.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft ein technisch robustes System, das unter den Bedingungen von Hochspannung und hohen Strömen ein zuverlässiges Schalten bei langer elektrischer Lebensdauer aufweist.
Der Hauptkontakt 12 der Hauptschalteinheit 2 kann auf das Führen des Stromes und der Nebenkontakt 13 der Nebenschalteinheit 3 kann auf das Schalten des Stromes optimiert ausgelegt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung für eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Nebenschalteinheit 3 mit einer zusätzlichen Vakuumröhre, insbesondere als Nebenkontakt 13 im Einschaltstrompf ad, gebildet ist.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden der Nebenkontakt und / oder der Hauptkontakt phasengesteuert einbeziehungsweise ausgeschaltet. Durch diese Maßnahme wird, gegebenenfalls im Betrieb mit Wechselspannung, der Zeitpunkt respective die Phasenlage des Öffnens beziehungsweise des Schileßens von Hauptkontakt und / oder Nebenkontakt, insbesondere durch die Antriebseinheit im Zusammenwirken mit dem Getriebe, derart gesteuert, dass ein minimierter Kontaktverschleiß zu erwarten ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert . Dabei zeigen :
Fig 1 eine erfindungsgemäße Hochspannungs - Vakuumschalteinrichtung 1 mit Hauptschalteinheit 2 und gesonderter Nebenschalteinheit 3 ,
Fig 2 eine erfindungsgemäße Hochspannungs - Vakuumschalteinrichtung mit Haupt schalteinheit und integrierter Nebenschalteinheit ,
Fig 3 eine erfindungsgemäße Hochspannungs - Vakuumschalteinrichtung mit Haupt schalteinheit und einer einen Eins chaltwiderstand aufweisenden Nebenschalteinheit ,
Fig 4 Schaltfolge der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung , Schalter in aus ,
Fig 5 Schaltfolge der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung , Vorzündung am Nebenkontakt im I soliergas ,
Fig 6 Schaltfolge der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung , Nebenkontakt schließt ,
Fig 7 Schaltfolge der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung , Hauptkontakt schließt und
Fig 8 Schaltfolge der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung , Nebenkontakt öffnet .
In den Figuren bezeichnen gleiche Be zeichnungen gleiche Elemente .
Figur 1 zeigt eine Hauptschalteinheit 2 , die mit einer einen Hauptkontakt aufweisenden Hochspannungs-Vakuumschaltröhre 4 gebildet ist und die mit einer Stromzufuhr 5 sowie einer Stromabfuhr 6 elektrisch verbunden i st . Eine Nebens chalteinheit 3 ist mit der Stromzufuhr 5 und der Stromabfuhr 6 elektrisch verbunden , womit die Nebenschalteinheit 3 der Hauptschalteinheit 2 parallelges chaltet i st . In dem Gehäuse der Nebenschalteinheit 3 ist ein Nebenkontakt 13 angeordnet . Die Nebenschalteinheit 3 bildet eine Vorzündeinrichtung für die Hauptschalteinheit 2. Die Hauptschalteinheit 2 und die Nebenschalteinheit 3 sind in gesonderten Gehäusen, insbesondere gesonderten Isolierbehältern, angeordnet. Das Gehäuse der Nebenschalteinheit 3 mag mit einem, insbesondere frei von Schwef el-Hexaf luorid (SF6-freien) , Isoliergas hermetisch gefüllt sein. Die Hauptschalteinheit 2 und die Nebenschalteinheit 3 sind über eine Antriebseinheit 7, eine Isolierstange 8 und ein Getriebe 9 derart mechanisch betätigbar, dass die zeitliche Abfolge von Schliessen und Öffnen des Hauptkontaktes in der Hauptschalteinheit 2 und des Nebenkontaktes in der Nebenschalteinheit 3 gesteuert wird.
Die Hochspannungs-Vakuumschalteinrichtung 1 nach Figur 2 unterscheidet sich von der Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung 1 nach Figur 1 dadurch, dass die Hochspannungs-Vakuumschaltröhre 4 der Hauptschalteinheit 2 und der Schaltkontakt 13 der Nebenschalteinheit 3 in einem gemeinsamen Gehäuse, insbesondere gemeinsamen Isolierbehälter 10, angeordnet sind.
Die Hochspannungs-Vakuumschalteinrichtung 1 nach Figur 3 weist zusätzlich zu der Hochspannungs-Vakuumschalteinrichtung 1 nach Figur 1 einen Einschaltwiderstand 11 auf, der in Reihe mit dem Nebenkontakt 13 der Nebenschalteinheit 3 zwischen der Stromzufuhr 5 und der Stromabfuhr 6 elektrisch verbunden ist. Der Nebenkontakt der Nebenschalteinheit 3 und der Einschaltwiderstand 11 mögen gemeinsam in einem Gehäuse, insbesondere Isolierbehälter, angeordnet sein. Der Einschaltwiderstand 11 begrenzt den Einschaltstrom.
Fig 4 bis Fig 8 zeigen mittels der Antriebseinheit 7 und des Getriebes 9 gesteuerte, charakteristische Schaltfolgen von Schliessen und Öffnen des Hauptkontaktes 12 in der Hauptschalteinheit 2 und des Nebenkontaktes 13 in der Nebenschalteinheit 3. Die Darstellung der Antriebseinheit und der Isolierstange sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In der Schaltfolge Fig 4 ist die Hochspannungs- Vakuumschalteinrichtung 1 ausgeschaltet, der Hauptkontakt 12 in der Hauptschalteinheit 2 und der Nebenkontakt 13 in der Nebenschalteinheit 3 sind geöffnet. In der Schaltfolge Fig 5 ist das untere Kontaktstück des Nebenkontaktes 13 mittels der Antriebseinheit eine Teilstrecke des gesamten Kontaktweges nach oben bewegt, wobei eine Vorzündung 14 am Nebenkontakt im Isoliergas erfolgt. In der Schaltfolge Fig 6 ist das untere Kontaktstück des Nebenkontaktes 13 mittels der Antriebseinheit den gesamten Kontaktweg nach oben bewegt, der Nebenkontakt 13 ist geschlossen. In der Schaltfolge Fig 7 ist das untere Kontaktstück des Nebenkontaktes mittels der Antriebseinheit den gesamten Kontaktweg nach oben bewegt, der Nebenkontakt ist geschlossen, der Hauptkontakt ist mittels der Antriebseinheit geschlossen. In der Schaltfolge Fig 8 ist das untere Kontaktstück des Nebenkontaktes mittels der Antriebseinheit den gesamten Kontaktweg nach unten bewegt, der Nebenkontakt 13 ist offen, der Hauptkontakt 12 ist geschlossen.
Unter Hochspannung im Sinne der Erfindung wird eine Spannung von 72,5 kilo Volt und größer verstanden.
Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren . Bezugs zeichenliste
1 - Hochspannungs-Vakuumschalteinrichtung
2 - Haupt schalteinheit
3 - Nebenschalteinheit , Vorzündeinrichtung
4 - Vakuumschaltröhre
5 - Stromzufuhr
6 - Stromabfuhr
7 - Antriebseinheit
8 - I solierstange
9 - Getriebe
10 - Gemeinsames Gehäuse
11 - Eins chaltwiderstand zur Strombegrenzung
12 - Hauptkontakt
13 - Nebenkontakt
14 - Vorzündung am Nebenkontakt a - Schalter in aus b - Vorzündung am Nebenkonta kt im I soliergas c - Nebenkontakt s chließt d - Haupt kontakt s chließt e - Nebenkontakt öffnet

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungs-Schalteinrichtung mit Vor Zündeinrichtung umfassend eine Hauptschalteinheit (2) , die mit einer einen Hauptkontakt (12) aufweisenden Hochspannungs-Vakuumschaltröhre (4) gebildet ist und die mit einer Stromzufuhr (5) sowie einer Stromabfuhr (6) elektrisch verbunden ist, eine Antriebseinheit (7) , mittels derer die Hochspannungs- Vakuumschaltröhre mechanisch betätigbar ist, da du r c h g e ke n n z e i c h n e t , da s s eine einen Nebenkontakt (13) aufweisende Nebenschalteinheit (3) mit der Stromzufuhr und der Stromabfuhr elektrisch verbunden ist, von der Antriebseinheit mechanisch betätigbar ist und eine Vorzündeinrichtung für die Hochspannungs- Vakuumschaltröhre bildet.
2. Hochspannungs-Schalteinrichtung nach Anspruch 1 da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s die Nebenschalteinheit (3) ein Gehäuse aufweist, das mit einem, insbesondere frei von Schwe- f el-Hexaf luorid, Isoliergas gefüllt ist.
3. Hochspannungs-Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s die Hauptschalteinheit (2) und die Nebenschalteinheit (3) ein gemeinsames Gehäuse (10) aufweisen.
4. Hochspannungs-Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s die Nebenschalteinheit (3) mit einer zusätzlichen Vakuumröhre, insbesondere als Nebenkontakt (13) im Einschaltstrompf ad, gebildet ist.
5. Hochspannungs-Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s die Nebenschalteinheit (3) einen mit dem Nebenkontakt (13) in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand (11) zur Begrenzung des Einschaltstroms aufweist.
6. Hochspannungs-Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s die Hauptschalteinheit (2) und die Nebenschalteinheit (3) über eine Antriebseinheit (7) , eine Isolierstange (8) und ein Getriebe (9) derart mechanisch betätigbar sind, dass die zeitliche Abfolge von Schliessen und Öffnen des Hauptkontaktes (12) in der Hauptschalteinheit (2) und des Nebenkontaktes (13) in der Nebenschalteinheit (3) gesteuert wird.
7. Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs- Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s ausgehend von einem Schaltzustand, bei dem sowohl der Hauptkontakt (12) wie auch der Nebenkontakt (13) geöffnet sind, zunächst der Nebenkontakt geschlossen wird und dann der Hauptkontakt geschlossen wird.
8. Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs- Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s ausgehend von einem Schaltzustand, bei dem sowohl der Hauptkontakt (12) wie auch der Nebenkontakt (13) geschlossen sind, zunächst der Nebenkontakt geöffnet wird und dann der Hauptkontakt geöffnet wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs- Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s der Nebenkontakt (13) und / oder der Hauptkontakt (12) zur Begrenzung der Kontaktbelastung durch einen hohen Einschaltstrom phasengesteuert eingeschaltet werden / wird.
10. Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs-
Schalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s der Nebenkontakt (13) und / oder der Hauptkontakt (12) phasengesteuert ausgeschaltet werden / wird.
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