EP0470678A1 - Hochspannungs-SF6-Leistungsschalter - Google Patents

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EP0470678A1
EP0470678A1 EP91250211A EP91250211A EP0470678A1 EP 0470678 A1 EP0470678 A1 EP 0470678A1 EP 91250211 A EP91250211 A EP 91250211A EP 91250211 A EP91250211 A EP 91250211A EP 0470678 A1 EP0470678 A1 EP 0470678A1
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EP
European Patent Office
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current
circuit breaker
time
circuit
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP91250211A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Stephan
Norbert Dr. Trapp
Friedrich-Wilhelm Veuhoff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle
    • H01H33/593—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle for ensuring operation of the switch at a predetermined point of the AC cycle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/006—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means adapted for interrupting fault currents with delayed zero crossings

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage SF 6 pressure gas circuit breaker, in which the triggering of the switching-off movement of the switching elements of the interrupter unit designed for a specific short-circuit breaking capacity in 50 Hz operation is caused by a triggering control device which, regardless of the time of a command to switch off, the switching-off movement triggers the switching elements at a time which is in a fixed relationship to the zero crossing of the current to be interrupted, which ensures a zero crossing in the quenching area of the interrupter unit.
  • Such a high-voltage blower piston circuit breaker with synchronous control of the switch-off time is known from DD-A1 248 903.
  • the tripping control unit controls the switch-off movement by means of a delay generated by the zero crossing of the current to be interrupted, depending on the intrinsic switch time and the amount of the current Impulse so that a current zero crossing of the same polarity lies in the optimal quenching range of the switch and then interrupts the current with a minimum arc time when there is a switch-off command, such as manual switch-off or switch-off by mains protection.
  • a switch-off command such as manual switch-off or switch-off by mains protection.
  • the interrupter unit of the known switch with an enlarged arcing chamber and the installation of a burn-resistant insert in the nozzle is modified compared to a high-voltage circuit breaker corresponding to operation at 50 Hz, because it is known that the switching work at 163 Hz (as an integral over the arc time from the product of short-circuit current and arc voltage) per current half-wave or the amount of heat of the switching arc is three times greater than at the same current strengths at 50 Hz (see magazine "E and M", 1987, pages 261, 262).
  • Such an adaptation of the quenching chamber in the interrupter unit requires a high development effort for a relatively low requirement.
  • the invention has for its object to provide in a different, simple manner a high-voltage SF 6 pressure gas circuit breaker suitable for 16 Hz, in particular with a blowing piston.
  • a high-voltage SF 6 pressure gas circuit breaker of the type described at the outset ie a high voltage SF 6 pressure gas circuit breaker provided with a breaker unit designed for 50 Hz and with a trip control device intended for synchronous switching, according to the invention in operated a 16 Hz network and the trigger control unit is set so that a current zero crossing of the 16 Hz current is always in the extinguishing range of the 50 Hz interrupter unit.
  • a normal single-pole 50 Hz high-voltage SF 6 compressed gas circuit breaker be it an outdoor switch or a circuit breaker located in a compressed gas-insulated, high-voltage switchgear, can also switch off the short-circuit currents in a 16 Hz network, for which the breaker unit is designed to interrupt at 50 Hz is.
  • the trip control unit can be activated by the shutdown command. Only when there is a switch-off command, be it a manual switch-off command or a command given by a mains protection device, does the tripping control device record the measured data of the current to be switched off and, with the constant delay time set, triggers the switching-off movement of the switching elements in such a way that the zero current passage into the extinguishing area the breaker unit falls.
  • FIG. 1 shows a short-circuit current i plotted over time t in a 16 Hz network.
  • This short-circuit current i has a pure sine shape with a half cycle of 30 ms. If the high-voltage SF 6 blown-circuit breaker installed in this 16 network has received a shutdown command as a result of the occurrence of the short-circuit current i, a triggering control unit connected to the drive of the switch is activated, which detects the current zero crossings of the short-circuit current i.
  • This tripping control unit responds at the first current zero crossing 1 after the positive half-wave of the short-circuit current i, with which a certain time delay 2, which was previously set depending on the proper times of the measuring devices of the tripping control unit and the circuit breaker and the size of the quenching area of the interrupter unit, first becomes effective , which is indicated by arrows and is approximately 44 ms in the exemplary embodiment. After this time delay 2 has elapsed, the opening movement of the switching elements of the circuit breaker is triggered at time 3 of the contact separation.
  • the circuit breakers of the circuit breaker thus open and, after a certain lead time 4, represented by arrows 4, of approximately 9 ms at time 5, reach a position which corresponds to the minimum arcing time of the interrupter unit. This means that the extinguishing area 6 (also represented by arrows) begins at time 5, since the interrupter unit would then already have been able to prevent an arc from reigniting.
  • the extinguishing area 6 of the interrupter unit is approximately 15 ms in accordance with the usual conditions for 50 Hz high-voltage SFs compressed gas circuit breakers.
  • Figure 2 shows the current profile of such asymmetrical short-circuit currents i x and iy (shown in dashed lines), in which the DC element at the time of triggering the short-circuit current is approximately as large as its peak value.
  • the same reference numerals have been retained for the same time ranges, but are supplemented with x or y to clarify the assignment.
  • the short-circuit current i x which contains a positive direct current element, has the first two zero current crossings 8 a short time after the short circuit has occurred, so that it is assumed that at this point in time the zero-current crossings 8 has not yet sent the circuit breaker to the circuit breaker. Accordingly, the trigger control unit is only activated at the subsequent zero current crossing 9, so that the constant time delay now begins twice. This means that the tripping control unit triggers the opening movement of the circuit breakers of the circuit breaker at time 10, at which the contacts of the circuit breakers separate and thus the lead time 4x begins. According to the extinguishing area 6x the interrupter unit at the time begins 11. The next zero crossing 12 of the short-circuit current i x is now clearly within this flooding zone 6x, so that the short circuit current i x interrupted with certainty.
  • the short-circuit current iy with the negative DC link.
  • the first current zero crossing 13 occurs too early for the activation of the triggering device by the switch-off command. This is only activated at the next current zero crossing 14.
  • the time delay 2y therefore begins in this current zero crossing 14 and the command to trigger the switching-off movement of the switching elements is issued at the triggering time 15.
  • the deletion area 6y of the interrupter unit therefore begins at time 16.
  • the zero current crossing 17 after the time delay 2y has elapsed clearly falls within the extinguishing range 6y of the interrupter unit.
  • the short-circuit current iy is therefore also switched off by the 50 Hz interrupter unit of the circuit breaker without difficulty.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

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 16 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.

Description

  • 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.
  • Ein derartiger Hochspannungs-Blaskolben-Leistungsschalter mit Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes ist aus der DD-A1 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.
  • Es ist weiterhin bekannt, daß in einem 163 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 16 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 16 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 163 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf andere, einfache Weise einen für 16 Hz geeigneten Hochspannungs-SF6-Druckgas-Leistungsschalter, insbesondere mit Blaskolben, zu schaffen.
  • 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 16 Hz Netz betrieben und das Auslösesteuergerät ist so eingestellt, daß ein Stromnulldurchgang des 16 Hz Stromes stets im Löschbereich der 50 Hz Unterbrechereinheit liegt.
  • Dadurch ist der die gesamte Halbwelle des 163 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 16 Hz Netz die Kurzschlußströme abschalten, für deren Unterbrechung bei 50 Hz die Unterbrechereinheit ausgelegt ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Figur 1 zeigt einen über der Zeit t aufgetragenen Kurzschlußstrom i in einem 16 Hz Netz. Dieser Kurzschlußstrom i hat eine reine Sinusform mit einer Halbperiode von 30 ms. Hat nun der in diesem 16 Netz eingebaute Hochspannungs-SF6-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.
  • 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.
  • Der nächste Stromnulldurchgang 7 des 163 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.
  • Bekanntlich kann in 16 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 ix 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.
  • Der Kurzschlußstrom ix, 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 ix liegt nun eindeutig innerhalb dieses Löschbereiches 6x, so daß der Kurzschlußstrom ix mit Sicherheit unterbrochen wird.
  • 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.
  • Die durch die Gleichstromglieder der Kurzschlußströme ix, 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 16 Hz Netz löschen kann.

Claims (2)

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 16 Hz Stromes stets im Löschbereich (6, 6x, 6y) der 50 Hz Unterbrechereinheit liegt.
2. Hochspannungs-SF6-Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesteuergerät durch den Abschaltbefehl aktivierbar ist.
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DE9116231U1 (de) 1992-06-11
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