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EP3050069B1 - Schalteinrichtung sowie ausschaltverfahren zum betrieb einer schalteinrichtung - Google Patents

Schalteinrichtung sowie ausschaltverfahren zum betrieb einer schalteinrichtung Download PDF

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Publication number
EP3050069B1
EP3050069B1 EP14799799.3A EP14799799A EP3050069B1 EP 3050069 B1 EP3050069 B1 EP 3050069B1 EP 14799799 A EP14799799 A EP 14799799A EP 3050069 B1 EP3050069 B1 EP 3050069B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conventional switching
switching
switching point
points
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP14799799.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3050069A1 (de
Inventor
Lutz-Rüdiger JÄNICKE
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3050069A1 publication Critical patent/EP3050069A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3050069B1 publication Critical patent/EP3050069B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H89/00—Combinations of two or more different basic types of electric switches, relays, selectors and emergency protective devices, not covered by any single one of the other main groups of this subclass
    • 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
    • H01H33/596—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 interrupting dc
    • 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
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the invention relates to a switching device having a first conventional switching point, a second conventional switching point and a non-conventional switching point.
  • Such a switching device is for example from the published patent application DE 10 2011 005 905 A1 known. There, a switching device is described which, as conventional switching points, has a gas-insulated circuit breaker and a vacuum circuit breaker. A device for generating a countercurrent, which has a thyristor, is provided electrically in parallel with the vacuum circuit breaker. The device for generating a countercurrent is a non-conventional switching point in terms of its structure. Another such switching device is from the document EP 2 469 652 A2 known.
  • the known switching device is particularly suitable for switching direct currents.
  • a counter current is impressed on the direct current to be interrupted by means of the device for generating a counter current in order to interrupt it.
  • the invention is achieved in a switching device of the type mentioned in the introduction in that the first conventional switching point, the second conventional switching point and the non-conventional switching point form a series connection with one another.
  • Non-conventional switching points are switching points which bring switching contact pieces which are movable relative to one another into galvanic contact in order to produce an electrically conductive current path and conversely remove switching contact pieces which are movable relative to one another during an interruption of a current path in order to allow an electrically insulating medium to pass between the switching contact pieces.
  • non-conventional switching points are understood to mean a construction that varies the impedance behavior of the switching point independently of a mechanical movement. Regardless of the switching status of the switching point, a physical connection between the potentials to be separated is maintained. Only the impedance of the switching point is reversed.
  • the switching point can be formed, for example, by a semiconductor which, if necessary, is brought into an electrically conductive state or an electrically insulating state. Since the use of semiconducting components causes a current path to be switched through or interrupted by a semiconductor itself, these are also referred to as power semiconductors.
  • Non-conventional switching points are, for example, power electronics. In addition to the actual switching point, power electronics can also comprise further assemblies which serve to control the impedance of the switching point.
  • non-conventional Switching points can be used, for example, thyristors, GTO, IGCT, IGBT or general power transistors, etc. If necessary, the non-conventional switching point can also have a plurality of semiconductor elements and, if appropriate, be of modular construction.
  • a group of switching points forms an electrically conductive path which extends from a point A to a point B, each of the switching points being electrically connected in series.
  • the series connection of switching points is part of a switching path of the electrical switching device. This makes it possible for a voltage to be maintained between points A and B, which can be mastered during a switch-off process, to be distributed over a large number of switching points. In an ideal case, a voltage distribution across the switching points arises in such a way that approximately the same voltage drop occurs across each of the switching points and therefore each of the switching points can only be designed for a fraction of the total voltage to be controlled.
  • the switching device can have corresponding control means, such as control resistors, in order to achieve a voltage distribution that is as uniform as possible.
  • control means such as control resistors
  • the case is such that approximately one third of the electrical voltage to be controlled by the switching path of the switching device drops across each of the switching points.
  • a different voltage distribution is aimed at, depending on the design of the individual switching points, so that, for example, one of the switching points is loaded to a greater extent, whereby another switching point is relieved.
  • it is further possible to increase the number of conventional switching points but there is also the possibility of increasing the number of non-conventional switching points.
  • a further advantageous embodiment can provide that the non-conventional switching point is in the series connection between the first conventional switching point and the second conventional switching point.
  • An arrangement of the non-conventional switching point between a first and a second conventional switching point enables or supports a uniform distribution of the total voltage over the individual switching points.
  • the non-conventional switching point can be protected from overloads by conventional switching points located before and after it. For example, it is possible that in the conventional switching points an ignition of a switch-off arc in the course of an interruption of a current is desired, as a result of which a load at the non-conventional switching point is reduced due to the arcing voltage which arises and the increasing overall impedance in the series connection of the switching device.
  • Ignition of a switch-off arc is advantageous in at least one, in particular in the majority or all conventional switching points, in order to increase the impedance of the switching path of the switching device during a switch-off process and to interrupt the electrical current flowing via the switch-off arc / arcs support.
  • This makes it possible to reduce the dimensioning of the non-conventional switching point, so that it only has to interrupt a direct current that has already been reduced by the arcs. This results in a cost-effective, non-conventional switching point, which improves the overall cost situation for the switching device.
  • a further advantageous embodiment can provide that a large number of conventional switching points are connected in series and the non-conventional switching point divides the large number of conventional switching points into approximately the same groups of conventional switching points.
  • a large number of conventional switching points have at least a first and a second non-conventional switching point.
  • the conventional switching points are subdivided into a first and a second group.
  • Such a grouping of the conventional switching points supports the effectiveness of the non-conventional switching point.
  • the number of conventional switching points is increased to more than two switching points, the total voltage can be distributed over the switching points of the switching device accordingly and the voltage load on the individual switching point can be reduced.
  • the non-conventional switching point is protected against voltage overload by a voltage distribution through a large number of conventional switching points.
  • the groups should advantageously have identical impedances, so that there is a symmetrical voltage distribution between the groups.
  • the voltage load on the individual switching points is reduced, as a result of which the voltage distribution across the non-conventional switching point is also reduced.
  • a division into appropriate groups helps to compensate for asymmetries in the voltage distribution and thus to avoid overloading the individual switching points.
  • the same voltage load should advantageously be present in each of the groups in the event of a switch-off.
  • Such a symmetrical voltage distribution can additionally be supported by controlling the voltage distribution, for example by control resistors.
  • the number of conventional switching points should preferably be an even number, the same number of conventional switching points being arranged in the groups. However, it can also be provided that, depending on the design of the conventional switching points, different numbers of conventional switching points in the groups are included, so that, for example, the voltage distribution over the switching points can be controlled in an improved manner, in particular a uniform distribution of the voltage load over all switching points is achieved.
  • a further advantageous embodiment can provide that at least one of the conventional switching points has a vacuum switching chamber.
  • a vacuum interrupter delimits an evacuated space in which, for example, switching contact pieces that are movable relative to one another are arranged.
  • the individual switch contact pieces are separated from one another during a switch-off process, wherein a switch-off arc can be ignited between the switch contact pieces within the evacuated space.
  • the conventional switching points should be constructed in the same way so that a uniform distribution of the voltages to be controlled over the individual switching points can occur.
  • a rated voltage of 350,000 volts two groups of ten conventional switching points are used, a first group of ten conventional switching points connected in series before a non-conventional switching point and a second group of ten conventional switching points behind a non-conventional switching point are.
  • a rated voltage of 17,500 volts would result at each switching point.
  • voltage control should be assumed, so that the conventional switching points should, for example, be designed for a rated voltage of at least 20,000 volts.
  • the non-conventional Switching point also designed for 20,000 volts due to the series connection and arrangement between the two groups of conventional switching points.
  • the series connection of several conventional switching points in particular in front of and behind a non-conventional switching point, enables the use of power semiconductors with reduced rated voltages.
  • Another object of the invention is to provide a switch-off method for operating a switching device, the switching device having a first conventional and a second conventional switching point and a non-conventional switching point, the two conventional switching points and the non-conventional switching point being connected in series. According to the task, this is achieved in a switch-off method of the aforementioned type by first switching off the conventional switching points and then switching off the non-conventional switching point.
  • the switch-off method is particularly suitable for interrupting direct currents which are driven by a direct voltage.
  • all the conventional and the non-conventional switching point are in a switched-through state, ie the switching device to be switched off is in the switched-on state and has a current path of low impedance.
  • the conventional switching points are first interrupted, the non-conventional switching point still remaining in its ON state. Consequently, in particular when a direct current is interrupted, at least in one of the conventional switching points, but preferably in all conventional switching points, a switch-off arc is ignited between the respective switching contact pieces as a result of a contact separation. This can preferably take place within an evacuated room.
  • a recurring voltage is a voltage that, due to network impedances, oscillation processes or similar processes, sets over the switching path of the switching device during a switch-off process and can possibly reach a higher amount than the rated voltage of the switching device.
  • the non-conventional switching points are switched off.
  • the non-conventional switching point is blocked so that the non-conventional switching point interrupts the current to be interrupted and thus extinguishes the arcing faults that are burning in the individual conventional switching points.
  • the non-conventional switching point is blocked, the recurring voltage across the non-conventional switching point increases as a result of the interrupted electrical current.
  • the non-conventional switching point maintains the voltage at the switching device until the non-conventional switching points have a sufficient dielectric strength after the switch-off arcs have been extinguished in order to ensure electrical isolation on the switching device.
  • the non-conventional switching point only needs to master the electrical isolation on the electrical switching device in an initial interval of the increase in the recurring voltage. After a short recombination time If the conventional switching points are already open and the arcs have just gone out, the recurring voltage is distributed over the series connection of conventional switching points and non-conventional switching points.
  • the advantage of this switch-off method is that the non-conventional switching point only has to master the recurring voltage only during the recombination time of the conventional switching path. During this time, the recurring tension increases. The resulting voltage stress should be significantly lower than the respective rated voltage of the non-conventional switching point.
  • a further advantageous embodiment can provide that potential isolation is maintained by the non-conventional switching point until the conventional switching points are solidified.
  • the conventional switching points Due to the burning arc and the associated contamination, the conventional switching points require a finite time interval to solidify an insulating distance between the switching contact pieces. This improves the dielectric strength between the switching contact pieces of the conventional switching points within this time interval.
  • the conventional switching points can solidify, for example, within fractions of a second. During these fractions of a second, the non-conventional switching point is intended to control the dielectric strength of the switching device, in particular when a recurring voltage rises, and to prevent an arc from reigniting or an electric current from flowing again.
  • a further advantageous embodiment can provide that a burning arc in a conventional switching point is extinguished by the non-conventional switching point.
  • the switching path of the switching device is already prepared for a final interruption of the current during a switching process, in particular a switching-off process, on the switching device.
  • the burning arc already increases the impedance of the switching path of the switching device, whereby its impedance is not yet so great that a complete interruption of an electrical current takes place.
  • a complete interruption of the electrical current is caused by blocking the non-conventional switching path, so that an arc burning in the conventional switching point also goes out.
  • the conventional switching points receive a switch-off pulse almost simultaneously.
  • An almost simultaneous triggering of the conventional switching points causes an approximately synchronous movement of the switching contact pieces which can be moved relative to one another. Accordingly, an arc is advantageously ignited almost simultaneously in all conventional switching points, as a result of which an approximately simultaneous increase in the impedance of the switching path of the switching device is achieved.
  • Each arc is driven by a corresponding arc voltage, whereby the impedance of the burning arc can be estimated as higher than the impedance of the conventional switching points when switched on.
  • the circuit diagram according to Figure 1 shows a switching device 1, which serves to interrupt a current path between a point A and a point B.
  • the electrical switching device 1 is preferably designed for switching a direct current which is driven by a direct voltage.
  • the electrical switching device 1 has a first conventional switching point 2 and a second conventional switching point 3.
  • the switching device 1 has a non-conventional switching point 4.
  • the non-conventional switching point 4 is electrically in series between the first conventional switching point 2 and the second conventional one Switching point 3 arranged.
  • n first conventional switching points 2 and n second conventional switching points 3 are provided.
  • ten first conventional switching points 2 and ten second conventional switching points 3 can be provided.
  • the first conventional switching points 2 are all electrically connected in series, the first conventional switching points 2, which are on one side of the non-conventional switching point 4, forming a first group 5 of conventional switching points 2.
  • the second conventional switching points 3 form a second group 6 of conventional switching points 3.
  • the fact that the first and second groups 5, 6 of conventional switching points 2, 3 are connected in series to the non-conventional switching point 4 results in a series connection of conventional switching points 2, 3 and an intermediate non-conventional switching point 4.
  • the present non-conventional switching point 4 can in turn also have a modular structure and, for example, have a power semiconductor.
  • the non-conventional switching point 4 can have, for example, thyristors, IGBTs, power transistors, etc. based on semiconductors.
  • the Figure 2 shows a switching device 1a, which has a non-conventional switching point 4a, a first conventional switching point 2a and a second conventional switching point 3a.
  • the two conventional switching points 2a, 3a are designed as vacuum switching tubes, each of which has a fixed switching contact piece 7 and a movable switching contact piece 8 which is movably mounted relative to the fixed switching contact piece 7.
  • the vacuum interrupters each have a tube body 9, which is fluid-tight and is evacuated inside.
  • the respective movable switch contact piece 8 projects through the respective tube body 9 in a fluid-tight manner and is relative to the tube body 9 and to the respective fixed switch contact piece 7 movable.
  • a drive device 10 is connected to the respective movable switching contact piece 8 and can couple a movement onto the movable contact piece 8.
  • the two fixed contact pieces 7 of the two conventional switching points 2a, 3a are each connected to a connection of the non-conventional switching point 4a.
  • tapping of contact points A, B of the switching device 1 a is provided via a sliding contact arrangement.
  • the use of exactly one first conventional switching point 2a and exactly one second conventional switching point 3a is provided.
  • the arrangement of a non-conventional switching point 4a is provided between the two conventional switching points 2a, 3a.
  • further first or further second conventional switching points 2a, 3a can also be provided, which may be of identical construction, but may also have different designs.
  • the Figure 3 shows a diagram in which a graph 11 shows the time course of a direct current to be switched off.
  • a graph 12 symbolizes the dielectric strength of the conventional switching points 2a, 3a.
  • a graph 13 schematically shows the course of the recurring voltage after interruption of the direct current.
  • a graph 14 shows the course of the dielectric strength of the non-conventional switching point 4a.
  • a switch-off signal has already been sent to the conventional switching points 2a, 3a.
  • the conventional switching points 2a, 3a are already open.
  • the direct current to be interrupted initially continues to flow. Since the direct current is in the series circuit of the switching device 1a, arcs are ignited in the conventional switching points 2a, 3a.
  • the non-conventional switching point 4a is just in its switched-on state, ie the non-conventional switching point 4a has a low-impedance behavior.
  • the impedance of the switching device 1a is initially increased compared to its switched-on state.
  • the dielectric strength (graph 12) of the conventional switching point 2a, 3a is not yet given.
  • the conventional switching points 2a, 3a solidify during the time interval ⁇ t between the times t 1 and t 2 . After solidification, the dielectric strength of the conventional switching points 2a, 3a increases (graph 12).
  • the dielectric strength of the conventional switching points 2a, 3a also exceeds the dielectric strength of the non-conventional switching point 4a.
  • the dielectric strength of the non-conventional switching point 4a no longer needs to increase, ie the non-conventional switching point 4a can be designed such that with a further increasing voltage resistance of the conventional switching points 2a, 3a, the dielectric strength of the non-conventional switching point 4a no longer has to increase. Accordingly, there is the possibility of using inexpensive non-conventional switching points 4a.
  • An overlap in the time interval t 3 to t 4 and a further increasing dielectric strength of the non-conventional switching point 4a provide additional security in order to achieve a sufficient dielectric strength of the switching device 1a during a switch-off process.
  • a recurring voltage (graph 13) is applied to the electrical switching device 1a after an interruption of the direct electrical current.
  • a recurring voltage is established across the electrical switching device 1a.
  • this recurring voltage (graph 13) is not exclusively determined by the originally driving voltage, but transient processes can also occur during a switching process, which additionally increase the recurring voltage 13. Settling processes can also occur which cause the recurring voltage to rise, for example in the manner of an E function.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung aufweisend eine erste konventionelle Schaltstelle, eine zweite konventionelle Schaltstelle sowie eine nichtkonventionelle Schaltstelle.
  • Eine derartige Schalteinrichtung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 005 905 A1 bekannt. Dort ist eine Schalteinrichtung beschrieben, welche als konventionelle Schaltstellen einen gasisolierten Leistungsschalter sowie einen Vakuumleistungsschalter aufweist. Elektrisch parallel zu dem Vakuumleistungsschalter ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gegenstromes vorgesehen, welche einen Thyristor aufweist. Die Einrichtung zur Erzeugung eines Gegenstromes ist ihrem Aufbau nach eine nichtkonventionelle Schaltstelle Eine andere derartige Schalteinrichtung ist aus dem Dokument EP 2 469 652 A2 bekannt.
  • Die bekannte Schalteinrichtung eignet sich insbesondere zum Schalten von Gleichströmen. Um einen Gleichstrom auszuschalten, wird mittels der Einrichtung zur Erzeugung eines Gegenstromes ein Gegenstrom auf dem zu unterbrechenden Gleichstrom aufgeprägt, um diesen zu unterbrechen.
  • Bei der Nutzung der bekannten Schalteinrichtung, insbesondere im Hoch- und Höchstspannungsbereich, d. h. bei Spannungen von mehreren tausend Volt und zu unterbrechenden Strömen von mehreren Kiloampere sind für die nichtkonventionelle Schaltstelle kostenintensive Baugruppen wie Thyristoren, IGBTs oder auch Leistungstransistoren einzusetzen. Konstruktionsbedingt müssen diese nichtkonventionellen Schaltstellen sowohl hinsichtlich ihrer Spannungsbelastbarkeit als auch ihrer Strombelastbarkeit auf den zu unterbrechenden Strom bzw. die treibende elektrische Spannung ausgelegt werden. Dies erfordert kostenintensive nichtkonventionelle Schaltstellen, so dass zu einem nicht unbeachtlichen Teil die Kosten der Schalteinrichtung durch die nichtkonventionelle Schaltstelle bestimmt sind.
  • Entsprechend ergibt sich als Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche bei hoher Betriebssicherheit eine Kostenreduktion verspricht.
  • Aufgabengemäß wird die Erfindung bei einer Schalteinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die erste konventionelle Schaltstelle, die zweite konventionelle Schaltstelle sowie die nichtkonventionelle Schaltstelle miteinander eine Reihenschaltung ausbilden.
  • Konventionelle Schaltstellen sind Schaltstellen, welche zur Herstellung eines elektrisch leitenden Strompfades relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke in galvanischen Kontakt bringen und umgekehrt während eines Unterbrechens eines Strompfades relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke voneinander entfernen, um ein elektrisches isolierendes Medium zwischen die Schaltkontaktstücke treten zu lassen. Im Gegensatz dazu wird unter nichtkonventionellen Schaltstellen eine Konstruktion verstanden, welche das Impedanzverhalten der Schaltstelle unabhängig von einer mechanischen Bewegung variiert. Unabhängig vom Schaltzustand der Schaltstelle bleibt eine physische Verbindung zwischen den zu trennenden Potentialen erhalten. Lediglich die Impedanz der Schaltstelle wird umgesteuert. Die Schaltstelle kann beispielsweise durch einen Halbleiter gebildet sein, welcher bedarfsweise in einen elektrisch leitenden Zustand oder einen elektrisch isolierenden Zustand versetzt wird. Da unter Nutzung von halbleitenden Bauteilen eine Durchschaltung bzw. Unterbrechung eines Strompfades durch einen Halbleiter selbst bewirkt wird, werden diese auch als Leistungshalbleiter bezeichnet. Nichtkonventionelle Schaltstellen sind beispielsweise Leistungselektroniken. Eine Leistungselektronik kann neben der eigentlichen Schaltstelle auch weitere Baugruppen umfassen, welche einer Steuerung der Impedanz der Schaltstelle dienen. Als nichtkonventionelle Schaltstellen können beispielsweise Thyristoren, GTO, IGCT, IGBT bzw. allgemein Leistungstransistoren usw. genutzt werden. Gegebenenfalls kann die nichtkonventionelle Schaltstelle auch über mehrere Halbleiterelemente verfügen und gegebenenfalls modular aufgebaut sein.
  • In einer Reihenschaltung bildet eine Gruppe von Schaltstellen eine elektrisch leitende Bahn aus, welche sich von einem Punkt A zu einem Punkt B erstreckt, wobei jede der Schaltstellen elektrisch hintereinander geschaltet ist. Die Reihenschaltung von Schaltstellen ist Teil einer Schaltstrecke der elektrischen Schalteinrichtung. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, dass eine zwischen den Punkten A und B zu haltende Spannung, die bei einem Ausschaltvorgang zu beherrschen ist, auf eine Vielzahl von Schaltstellen aufgeteilt wird. In einem Idealfall stellt sich eine Spannungsverteilung über den Schaltstellen so ein, dass über jeder der Schaltstellen annähernd der gleiche Spannungsfall auftritt und somit jede der Schaltstellen nur für einen Bruchteil der gesamt zu beherrschenden Spannung auszulegen ist. Die Schalteinrichtung kann dazu entsprechende Steuermittel wie beispielsweise Steuerwiderstände aufweisen, um eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung zu erreichen. Bei der Verwendung einer ersten und einer zweiten jeweils konventionellen Schaltstelle sowie einer nichtkonventionellen Schaltstelle stellt sich der Fall beispielsweise so dar, dass über jeder der Schaltstellen annähernd ein Drittel der durch die Schaltstrecke der Schalteinrichtung zu beherrschenden elektrischen Spannung abfällt. Bedarfsweise kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine abweichende Spannungsverteilung je nach Auslegung der einzelnen Schaltstellen angestrebt wird, so dass beispielsweise eine der Schaltstellen in höherem Maße belastet wird, wodurch eine andere Schaltstelle entlastet wird. Zur Reduzierung der Belastung der Schaltstellen ist es beispielsweise weiter möglich, die Anzahl der konventionellen Schaltstellen zu erhöhen, aber es besteht auch die Möglichkeit, die Anzahl der nichtkonventionellen Schaltstellen zu erhöhen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die nichtkonventionelle Schaltstelle in der Reihenschaltung zwischen der ersten konventionellen Schaltstelle und der zweiten konventionellen Schaltstelle liegt.
  • Eine Anordnung der nichtkonventionellen Schaltstelle zwischen einer ersten und einer zweiten konventionellen Schaltstelle ermöglicht bzw. unterstützt eine gleichmäßige Verteilung der Gesamtspannung auf die einzelnen Schaltstellen. Insbesondere bei Ausschaltvorgängen kann die nichtkonventionelle Schaltstelle durch vor und nach ihr liegende konventionelle Schaltstellen vor Überlastungen geschützt werden. So ist es beispielsweise möglich, dass in den konventionellen Schaltstellen ein Zünden eines Ausschaltlichtbogens im Zuge einer Unterbrechung eines Stromes erwünscht ist, wodurch aufgrund der sich einstellenden Lichtbogenspannung und der sich erhöhenden Gesamtimpedanz in der Reihenschaltung der Schalteinrichtung eine Belastung an der nichtkonventionellen Schaltstelle reduziert wird. So ist ein Zünden eines Ausschaltlichtbogens zumindest in einer, insbesondere in der Mehrzahl bzw. allen konventionellen Schaltstellen von Vorteil, um die Impedanz der Schaltstrecke der Schalteinrichtung während eines Ausschaltvorganges zu erhöhen und ein Unterbrechen des über den/die Ausschaltlichtbogen/-bögen fließenden elektrischen Stromes zu unterstützen. Damit ist es möglich, die nichtkonventionelle Schaltstelle in ihrer Dimensionierung zu reduzieren, so dass diese lediglich einen durch die Lichtbögen bereits reduzierten Gleichstrom zu unterbrechen braucht. Entsprechend ergibt sich eine kostengünstige nichtkonventionelle Schaltstelle, wodurch die Gesamtkostensituation für die Schalteinrichtung verbessert wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Vielzahl von konventionellen Schaltstellen in Reihe verschaltet ist und die nichtkonventionelle Schaltstelle die Vielzahl von konventionellen Schaltstellen in annähernd gleiche Gruppen von konventionellen Schaltstellen unterteilt.
  • Eine Vielzahl von konventionellen Schaltstellen weist zumindest eine erste und eine zweite nichtkonventionelle Schaltstelle auf. Durch eine Anordnung der nichtkonventionellen Schaltstelle zwischen den beiden konventionellen Schaltstellen ist eine Unterteilung der konventionellen Schaltstellen in eine erste und in eine zweite Gruppe vorgenommen. Eine derartige Gruppierung der konventionellen Schaltstellen unterstützt die Wirksamkeit der nichtkonventionellen Schaltstelle. Insbesondere bei einer Erhöhung der Anzahl von konventionellen Schaltstellen auf mehr als zwei Schaltstellen kann sich die Gesamtspannung über die Schaltstellen der Schalteinrichtung entsprechend verteilen und die Spannungsbelastung der einzelnen Schaltstelle reduzieren. Die nichtkonventionelle Schaltstelle ist vor einer Spannungsüberlastung durch eine Spannungsverteilung durch eine Vielzahl von konventionellen Schaltstellen geschützt. Vorteilhaft sollten die Gruppen gleichartige Impedanzen aufweisen, so dass sich eine symmetrische Spannungsverteilung zwischen den Gruppen ergibt. Erhöht man die Anzahl der konventionellen Schaltstellen beispielsweise auf zehn oder mehrere zehn konventionelle Schaltstellen, so wird die Spannungsbelastung der einzelnen Schaltstellen jeweils reduziert, wodurch die Spannungsverteilung über der nichtkonventionellen Schaltstelle ebenfalls reduziert ist. Eine Aufteilung in entsprechende Gruppen hilft es, Asymmetrien in der Spannungsverteilung auszugleichen und so eine Überlastung der einzelnen Schaltstellen zu verhindern. In Summe sollte vorteilhaft in jeder der Gruppen eine gleiche Spannungsbelastung im Ausschaltfalle vorliegen. Eine derartige symmetrische Spannungsverteilung kann zusätzlich durch eine Steuerung der Spannungsverteilung, beispielsweise durch Steuerwiderstände, unterstützt werden.
  • Die Anzahl der konventionellen Schaltstellen sollte bevorzugt eine gradzahlige Anzahl sein, wobei in den Gruppen jeweils die gleiche Anzahl von konventionellen Schaltstellen angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass je nach Ausführung der konventionellen Schaltstellen unterschiedliche Anzahlen von konventionellen Schaltstellen in den Gruppen enthalten sind, so dass beispielsweise die Spannungsverteilung über den Schaltstellen in verbesserter Weise gesteuert werden kann, insbesondere eine gleichmäßige Verteilung der Spannungsbelastung auf alle Schaltstellen erreicht wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest eine der konventionellen Schaltstellen eine Vakuumschaltkammer aufweist.
  • Eine Vakuumschaltkammer begrenzt einen evakuierten Raum, in welchem beispielsweise relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke angeordnet sind. Die einzelnen Schaltkontaktstücke werden während eines Ausschaltvorganges voneinander entfernt, wobei zwischen den Schaltkontaktstücken innerhalb des evakuierten Raumes ein Ausschaltlichtbogen gezündet werden kann. Vorteilhafterweise sollten die konventionellen Schaltstellen gleichartig aufgebaut sein, so dass sich eine gleichmäßige Verteilung der zu beherrschenden Spannungen über den einzelnen Schaltstellen einstellen kann.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer Bemessungsspannung von 350.000 Volt zwei Gruppen von je zehn konventionellen Schaltstellen Verwendung finden, wobei eine erste Gruppe von zehn konventionellen Schaltstellen vor einer nichtkonventionell Schaltstelle und eine zweite Gruppe von zehn konventionellen Schaltstellen hinter einer nichtkonventionellen Schaltstelle in Reihenschaltung verschaltet sind. Bei einer idealen Spannungsverteilung würde sich an jeder Schaltstelle beispielsweise eine Bemessungsspannung von 17.500 Volt ergeben. Unter realen Bedingungen sollte von einer Spannungsversteuerung ausgegangen werden, so dass die konventionellen Schaltstellen beispielsweise auf mindestens 20.000 Volt Bemessungsspannung ausgelegt sein sollten. Für diese 20.000 Volt sind vergleichsweise kurze Kontakthübe in dem evakuierten Raum einer Vakuumschaltkammer nötig, so dass in Verbindung mit vergleichsweise schnellen Antrieben auch ein schnelles Schalten eines elektrischen Stromes durch die Schalteinrichtung möglich ist. Dabei wird die nichtkonventionelle Schaltstelle aufgrund der Reihenschaltung und Anordnung zwischen den beiden Gruppen von konventionellen Schaltstellen ebenfalls auf 20.000 Volt ausgelegt. Wie man an diesem Beispiel erkennt, ist durch die Reihenschaltung von mehreren konventionellen Schaltstellen, insbesondere vor und hinter einer nichtkonventionellen Schaltstelle die Möglichkeit geben, Leistungshalbleiter mit reduzierten Bemessungsspannungen zu verwenden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ausschaltverfahren zum Betrieb einer Schalteinrichtung anzugeben, wobei die Schalteinrichtung eine erste konventionelle und eine zweite konventionelle Schaltstelle sowie eine nichtkonventionelle Schaltstelle aufweist, wobei die beiden konventionellen Schaltstellen und die nichtkonventionelle Schaltstelle in einer Reihenschaltung verschaltet sind. Aufgabengemäß wird dies bei einem Ausschaltverfahren der vorstehend genannten Art dadurch gelöst, dass zunächst die konventionellen Schaltstellen ausgeschaltet werden und darauf folgend die nichtkonventionelle Schaltstelle ausgeschaltet wird.
  • Das Ausschaltverfahren ist insbesondere zur Unterbrechung von Gleichströmen, welche von einer Gleichspannung getrieben sind, geeignet. Vor einem Beginn des Ausschaltverfahrens befinden sich sämtliche konventionellen und die nichtkonventionelle Schaltstelle in einem durchgeschalteten Zustand, d. h. die auszuschaltende Schalteinrichtung befindet sich im Einschaltzustand und weist einen Strompfad niederer Impedanz auf. Zum Initiieren eines Ausschaltens wird zunächst ein Unterbrechen der konventionellen Schaltstellen vorgenommen, wobei die nichtkonventionelle Schaltstelle weiterhin in ihrem EIN-Zustand verharrt. Folglich wird insbesondere bei einem Unterbrechen eines Gleichstromes zumindest in einer der konventionellen, bevorzugt jedoch in allen konventionellen Schaltstellen in Folge einer Kontakttrennung ein Ausschaltlichtbogen zwischen den jeweiligen Schaltkontaktstücken gezündet. Bevorzugt kann dies jeweils innerhalb eines evakuierten Raumes erfolgen. Für die Bewegung der relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücke der konventionellen Schaltstellen wird ein endliches Zeitintervall benötigt. Bereits während eines Ausschaltvorganges, d. h. vor einem Erreichen der Endlagen der relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücke der konventionellen Schaltstellen, kann die dielektrische Festigkeit der einzelnen Schaltstellen, insbesondere in Summe, bereits ausreichen, um eine ausreichende Spannungsfestigkeit (der Schaltstrecke) an der Schalteinrichtung, beispielsweise gegenüber einer so genannten wiederkehrenden Spannung zu erreichen. Eine wiederkehrende Spannung ist eine Spannung, die aufgrund von Netzimpedanzen, Schwingungsvorgängen oder ähnlichen Vorgängen während eines Ausschaltvorganges über der Schaltstrecke der Schalteinrichtung einstellt und gegebenenfalls einen höheren Betrag erreichen kann als die Bemessungsspannung der Schalteinrichtung. Zeitlich folgend zum Ausschalten der konventionellen Schaltstellen erfolgt ein Ausschaltimpuls der nichtkonventionellen Schaltstellen. Die nichtkonventionelle Schaltstelle wird gesperrt, so dass die nichtkonventionelle Schaltstelle den zu unterbrechenden Strom unterbricht und damit die in den einzelnen konventionellen Schaltstellen brennenden Ausschaltlichtbögen löscht. Mit dem Sperren der nichtkonventionellen Schaltstelle steigt in Folge des unterbrochenen elektrischen Stromes die wiederkehrende Spannung über der nichtkonventionellen Schaltstelle an. Um ein Rückzünden des elektrischen Stromes zu verhindern, übernimmt die nichtkonventionelle Schaltstelle die Spannungshaltung an der Schalteinrichtung so lange, bis die nichtkonventionellen Schaltstellen nach dem Erlöschen der Ausschaltlichtbögen eine ausreichende Spannungsfestigkeit aufweisen, um eine Potentialtrennung an der Schalteinrichtung sicherzustellen.
  • Nach dem Erlöschen der Ausschaltlichtbögen nimmt die Spannungsfestigkeit der konventionellen Schaltstellen zu. Die nichtkonventionelle Schaltstelle braucht so nur in einem Anfangsintervall des Anstieges der wiederkehrenden Spannung die Potentialtrennung an der elektrischen Schalteinrichtung zu beherrschen. Nach einer kurzen Rekombinationszeit der sich bereits geöffneten konventionellen Schaltstellen und den dort gerade erloschenen Lichtbögen verteilt sich die wiederkehrende Spannung über der Reihenschaltung aus konventionellen Schaltstellen und nichtkonventioneller Schaltstelle. Vorteilhaft an diesem Ausschaltverfahren ist, dass die nichtkonventionelle Schaltstelle nur während der Rekombinationszeit der konventionellen Schaltstrecke allein die wiederkehrende Spannung beherrschen muss. Während dieser Zeit nimmt die wiederkehrende Spannung zu. Die sich dabei einstellende Spannungsbeanspruchung sollte deutlich kleiner sein als die jeweilige Bemessungsspannung der nichtkonventionellen Schaltstelle. Das obenstehend genannte Ausführungsbeispiel aufnehmend, kann man davon ausgehen, dass die Bemessungsspannung der nichtkonventionellen Schaltstelle von 20.000 Volt nicht überschritten wird, da mit dem Erreichen des Betrages der Bemessungsspannung der nichtkonventionellen Schaltstelle durch die wiederkehrende Spannung die konventionellen Schaltstellen die Spannungshaltung bereits übernommen haben.
  • Bei einem Ausschalten der konventionellen Schaltstellen in zumindest einer der konventionellen Schaltstellen wird ein Lichtbogen gezündet.
  • Wird ein Lichtbogen in einer konventionellen Schaltstelle gezogen, so wird die Impedanz der Gesamtschaltstrecke der Schalteinrichtung bereits erhöht. Über der konventionellen Schaltstelle stellt sich eine so genannte Lichtbogenspannung ein. Dadurch wird ein Ausschalten des (über den Lichtbogen) fließenden Stromes durch die nichtkonventionelle Schaltstelle unterstützt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass bis zu einem Verfestigen der konventionellen Schaltstellen eine Potentialtrennung durch die nichtkonventionelle Schaltstelle aufrecht erhalten wird.
  • Die konventionellen Schaltstellen benötigen aufgrund des brennenden Lichtbogens und der damit verbundenen Kontamination zum Verfestigen einer Isolierstrecke zwischen den Schaltkontaktstücken ein endliches Zeitintervall. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit zwischen den Schaltkontaktstücken der konventionellen Schaltstellen innerhalb dieses Zeitintervalles verbessert. Das Verfestigen der konventionellen Schaltstellen kann dabei beispielsweise innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde erfolgen. Während dieser Bruchteile einer Sekunde ist die nichtkonventionelle Schaltstelle dafür vorgesehen, die Spannungsfestigkeit der Schalteinrichtung, insbesondere bei einem Ansteigen einer wiederkehrenden Spannung, zu beherrschen und ein Wiederzünden eines Lichtbogens bzw. ein erneutes Fließen eines elektrischen Stromes zu verhindern.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein brennender Lichtbogen in einer konventionellen Schaltstelle durch die nichtkonventionelle Schaltstelle gelöscht wird.
  • Durch das Brennen eines Lichtbogens in einer konventionellen Schaltstelle wird während eines Schaltvorganges, insbesondere Ausschaltvorganges, an der Schalteinrichtung die Schaltstrecke der Schalteinrichtung bereits zu einem endgültigen Unterbrechen des Stromes vorbereitet. Durch den brennenden Lichtbogen wird die Impedanz der Schaltstrecke der Schalteinrichtung bereits erhöht, wobei ihre Impedanz noch nicht derart groß ist, dass eine vollständige Unterbrechung eines elektrischen Stromes erfolgt. Eine vollständige Unterbrechung des elektrischen Stromes wird durch ein Sperren der nichtkonventionellen Schaltstrecke hervorgerufen, so dass auch ein in der konventionellen Schaltstelle brennender Lichtbogen erlischt.
  • Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die konventionellen Schaltstellen nahezu zeitgleich einen Ausschaltimpuls erhalten.
  • Ein nahezu zeitgleiches Auslösen der konventionellen Schaltstellen bewirkt ein annähernd synchrones Bewegen der relativ zueinander bewegbaren Schaltkontaktstücke. Entsprechend kommt es vorteilhaft nahezu zeitgleich in allen konventionellen Schaltstellen zu einem Zünden eines Lichtbogens, wodurch ein annähernd zeitgleiches Erhöhen der Impedanz der Schaltstrecke der Schalteinrichtung erzielt wird. Jeder Lichtbogen wird von einer entsprechenden Lichtbogenspannung getrieben, wobei die Impedanz des brennenden Lichtbogens als höher eingeschätzt werden kann als die Impedanz der konventionellen Schaltstellen im eingeschalteten Zustand.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigen die:
    • Figur 1:
    eine Verschaltung mehrerer konventioneller Schaltstellen und einer nichtkonventionellen Schaltstelle, die
    Figur 2:
    eine Vorrichtung mit einer ersten konventionellen Schaltstelle, einer zweiten konventionellen Schaltstelle sowie einer nichtkonventionellen Schaltstelle und die
    Figur 3:
    ein Diagramm.
  • Das Schaltbild nach Figur 1 zeigt eine Schalteinrichtung 1, welche dem Unterbrechen eines Strompfades zwischen einem Punkt A und einem Punkt B dient. Die elektrische Schalteinrichtung 1 ist vorzugsweise zum Schalten eines Gleichstromes, welcher von einer Gleichspannung getrieben wird, ausgelegt. Die elektrische Schalteinrichtung 1 weist eine erste konventionelle Schaltstelle 2 sowie eine zweite konventionelle Schaltstelle 3 auf. Weiterhin weist die Schalteinrichtung 1 eine nichtkonventionelle Schaltstelle 4 auf. Die nichtkonventionelle Schaltstelle 4 ist elektrisch in Reihe zwischen der ersten konventionellen Schaltstelle 2 und der zweiten konventionellen Schaltstelle 3 angeordnet. Vorliegend sind n erste konventionelle Schaltstellen 2 sowie n zweite konventionelle Schaltstellen 3 vorgesehen. Beispielsweise können zehn erste konventionelle Schaltstellen 2 sowie zehn zweite konventionelle Schaltstellen 3 vorgesehen sein. Die ersten konventionellen Schaltstellen 2 sind sämtlichst elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die ersten konventionellen Schaltstellen 2, welche auf der einen Seite der nichtkonventionellen Schaltstelle 4 liegen, eine erste Gruppe 5 von konventionellen Schaltstellen 2 bilden. Die zweiten konventionellen Schaltstellen 3 bilden eine zweite Gruppe 6 von konventionellen Schaltstellen 3. Innerhalb jeder der beiden Gruppen 5, 6 sind die jeweiligen ersten bzw. zweiten konventionellen Schaltstellen 2, 3 in Reihe verschaltet. Dadurch, dass die erste und die zweite Gruppe 5, 6 von konventionellen Schaltstellen 2, 3 in Reihe zu der nichtkonventionellen Schaltstelle 4 verschaltet sind, ergibt sich eine Reihenschaltung von konventionellen Schaltstellen 2, 3 sowie einer zwischengeschalteten nichtkonventionellen Schaltstelle 4. Die vorliegende nichtkonventionelle Schaltstelle 4 kann ihrerseits ebenfalls modular aufgebaut sein und beispielsweise einen Leistungshalbleiter aufweisen. Die nichtkonventionelle Schaltstelle 4 kann beispielsweise Thyristoren, IGBTs, Leistungstransistoren usw. auf Halbleiterbasis aufweisen.
  • Die Figur 2 zeigt eine Schalteinrichtung 1a, welche eine nichtkonventionelle Schaltstelle 4a, eine erste konventionelle Schaltstelle 2a sowie eine zweite konventionelle Schaltstelle 3a aufweist. Vorliegend sind die beiden konventionellen Schaltstellen 2a, 3a als Vakuumschaltröhren ausgebildet, die jeweils ein ortsfestes Schaltkontaktstück 7 und ein relativ zum ortsfesten Schaltkontaktstück 7 beweglich gelagertes bewegbares Schaltkontaktstück 8 aufweisen. Die Vakuumschaltröhren weisen jeweils einen Röhrenkörper 9 auf, welcher fluiddicht ausgeführt und in seinem Inneren evakuiert ist. Das jeweilige bewegbare Schaltkontaktstück 8 ragt durch den jeweiligen Röhrenkörper 9 fluiddicht hindurch und ist relativ zum Röhrenkörper 9 sowie zum jeweiligen ortsfesten Schaltkontaktstück 7 bewegbar. Mit dem jeweiligen bewegbaren Schaltkontaktstück 8 ist jeweils eine Antriebseinrichtung 10 verbunden, welche eine Bewegung auf das bewegbare Kontaktstück 8 einkoppeln kann. Die beiden ortsfesten Kontaktstücke 7 der beiden konventionellen Schaltstellen 2a, 3a sind ihrerseits jeweils mit einem Anschluss der nichtkonventionellen Schaltstelle 4a verbunden. An den bewegbaren Kontaktstücken 8 ist über eine Gleitkontaktanordnung ein Abgreifen von Kontaktierungspunkten A, B der Schalteinrichtung 1a vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die Verwendung genau einer ersten konventionellen Schaltstelle 2a und genau einer zweiten konventionellen Schaltstelle 3a vorgesehen. Zwischen den beiden konventionellen Schaltstellen 2a, 3a ist die Anordnung einer nicht konventionellen Schaltstelle 4a vorgesehen. Darüber hinaus können auch weitere erste bzw. weitere zweite konventionelle Schaltstellen 2a, 3a vorgesehen sein, die gegebenenfalls baugleich, gegebenenfalls jedoch auch abweichende Bauformen aufweisen.
  • Die Figur 3 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Graph 11 den zeitlichen Verlauf eines auszuschaltenden Gleichstromes zeigt. Ein Graph 12 symbolisiert die Spannungsfestigkeit der konventionellen Schaltstellen 2a, 3a. Ein Graph 13 zeigt schematisch den Verlauf der wiederkehrenden Spannung nach Unterbrechung des Gleichstromes an. Ein Graph 14 zeigt den Verlauf der Spannungsfestigkeit der nicht konventionellen Schaltstelle 4a an.
  • Zum Zeitpunkt t0 ist bereits ein Ausschaltsignal an die konventionellen Schaltstellen 2a, 3a ergangen. Die konventionellen Schaltstellen 2a, 3a sind bereits geöffnet. Der zu unterbrechende Gleichstrom fließt zunächst weiter. Da der Gleichstrom in der Reihenschaltung der Schalteinrichtung 1a befindlich ist, werden in den konventionellen Schaltstellen 2a, 3a Lichtbögen gezündet. Die nichtkonventionelle Schaltstelle 4a befindet sich gerade noch in ihrem Einschaltzustand, d. h. die nichtkonventionelle Schaltstelle 4a weist ein niederimpedantes Verhalten auf. Durch das Brennen der Lichtbögen in den konventionellen Schaltstellen 2a, 3a wird die Impedanz der Schalteinrichtung 1a gegenüber ihrem eingeschalteten Zustand zunächst erhöht. Nachdem die konventionellen Schaltstellen 2a, 3a geöffnet sind, erfolgt auch ein Sperren der nichtkonventionellen Schaltstelle 4a, wobei sich die Impedanz der nichtkonventionellen Schaltstelle erhöht. Der zu unterbrechende Gleichstrom (Graph 11) wird gegen Null gedrückt und durch die nichtkonventionelle Schaltstelle 4a unterbrochen (Zeitpunkt t1). Mit Unterbrechung des Gleichstromes erlischt auch jeglicher Lichtbogen in jeglicher konventioneller Schaltstelle 2a, 3a. Der Gleichstrom wird zum Zeitpunkt t1 unterbrochen. Darauf folgend weist er einen Betrag von null Ampere (Graph 11) auf. Mit dem Unterbrechen des elektrischen Gleichstromes zum Zeitpunkt t1 erlöschen auch die Lichtbögen in den konventionellen Schaltstellen 2a, 3a. Durch die thermische Einwirkung der Lichtbögen in den konventionellen Schaltstellen 2a, 3a sind die Isolierstrecken verunreinigt und erreichen noch nicht ihre volle Isolationsfestigkeit. Die Spannungsfestigkeit(Graph 12) der konventionellen Schaltstelle 2a, 3a ist noch nicht gegeben. Während des Zeitintervalles Δt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 verfestigen sich die konventionellen Schaltstellen 2a, 3a. Nach erfolgter Verfestigung steigt die Spannungsfestigkeit der konventionellen Schaltstellen 2a, 3a an (Graph 12).
  • Unmittelbar mit dem Unterbrechen des Gleichstromes übernimmt die nichtkonventionelle Schaltstelle 4a die Spannungshaltung an der elektrischen Schalteinrichtung 1a. Die sich mit Unterbrechung des Gleichstromes (t1) einstellende wiederkehrende Spannung (Graph 13) steigt an.
  • Zum Ende des Zeitintervalles Δt nimmt die Spannungsfestigkeit (Graph 12) der konventionellen Schaltstellen 2a, 3a schneller zu als die wiederkehrende Spannung (Graph 13) zunimmt.
  • So ergibt sich zum Zeitpunkt t3 ein Zustand, in welchem die Spannungsfestigkeit der konventionellen Schaltstellen 2a, 3a größer ist als der Betrag der wiederkehrenden Spannung. Ab diesem Zeitpunkt wären die konventionellen Schaltstellen 2a, 3a in der Lage, die Spannungshaltung an der Schalteinrichtung 1a zu übernehmen.
  • Zum Zeitpunkt t4 übersteigt die Spannungsfestigkeit der konventionellen Schaltstellen 2a, 3a auch die Spannungsfestigkeit der nichtkonventionellen Schaltstelle 4a. Die Spannungsfestigkeit der nichtkonventionellen Schaltstelle 4a braucht nunmehr nicht mehr zu steigen, d. h. die nichtkonventionelle Schaltstelle 4a kann derart ausgelegt sein, dass mit einer weiter zunehmenden Spannungsfestigkeit der konventionellen Schaltstellen 2a, 3a die Spannungsfestigkeit der nichtkonventionellen Schaltstelle 4a nicht mehr zunehmen muss. Entsprechend ist die Möglichkeit gegeben, kostengünstige nichtkonventionelle Schaltstellen 4a einzusetzen. Durch eine Überlappung im Zeitintervall t3 bis t4 und einer weiterhin ansteigenden Spannungsfestigkeit der nichtkonventionellen Schaltstelle 4a ist eine zusätzliche Sicherheit geschaffen, um eine ausreichende Spannungsfestigkeit der Schalteinrichtung 1a während eines Ausschaltvorganges zu erzielen.
  • Die elektrische Schalteinrichtung 1a wird nach einem Unterbrechen des elektrischen Gleichstromes mit einer wiederkehrenden Spannung (Graph 13) beaufschlagt. Mit dem Unterbrechen des Gleichstromes stellt sich über der elektrischen Schalteinrichtung 1a eine wiederkehrende Spannung ein. Diese wiederkehrende Spannung (Graph 13) ist jedoch nicht ausschließlich von der ursprünglich treibenden Spannung bestimmt, sondern es können während eines Schaltvorganges auch transiente Vorgänge auftreten, welche die wiederkehrende Spannung 13 zusätzlich vergrößern. Es kann auch zu Einschwingvorgängen kommen, welche die wiederkehrende Spannung beispielsweise nach Art einer E-Funktion ansteigen lassen.

Claims (8)

  1. Schalteinrichtung (1, 1a) aufweisend eine erste konventionelle Schaltstelle (2, 2a), eine zweite konventionelle Schaltstelle (3, 3a) sowie eine nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a), wobei
    die konventionellen Schaltstellen Schaltstellen sind, welche zur Herstellung eines elektrisch leitenden Strompfades relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke in galvanischen Kontakt bringen und umgekehrt während eines Unterbrechens eines Strompfades relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke voneinander entfernen, um ein elektrisches isolierendes Medium zwischen die Schaltkontaktstücke treten zu lassen, und wobei die nichtkonventionelle Schaltstelle eine Schaltstselle mit einer Konstruktion ist, welche das Impedanzverhalten der Schaltstelle unabhängig von einer mechanischen Bewegung variiert und unabhängig vom Schaltzustand der Schaltstelle eine physische Verbindung zwischen den zu trennenden Potentialen erhalten bleibt,
    und wobei
    die erste konventionelle Schaltstelle (2, 2a), die zweite konventionelle Schaltstelle (3, 3a) sowie die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) miteinander eine Reihenschaltung ausbilden, und wobei
    die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) ein Halbleiterelement, insbesondere einen Thyristor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass bei einem Ausschalten der konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) in zumindest einer der konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) ein Lichtbogen gezündet wird und zunächst die konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) ausgeschaltet werden und darauf folgend die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) ausgeschaltet wird.
  2. Schalteinrichtung (1, 1a) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) in der Reihenschaltung zwischen der ersten konventionellen Schaltstelle (2, 2a) und der zweiten konventionellen Schaltstelle (3, 3a) liegt.
  3. Schalteinrichtung (1, 1a) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Vielzahl von konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) in Reihe verschaltet ist und die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) die Vielzahl von konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) in annähernd gleiche Gruppen (5, 6) von konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) unterteilt.
  4. Schalteinrichtung (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) eine Vakuumschaltkammer aufweist.
  5. Ausschaltverfahren zum Betrieb einer Schalteinrichtung (1, 1a) aufweisend eine erste konventionelle Schaltstelle (2, 2a) und eine zweite konventionelle Schaltstelle (3, 3a) sowie eine nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a), wobei die konventionellen Schaltstellen Schaltstellen sind, welche zur Herstellung eines elektrisch leitenden Strompfades relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke in galvanischen Kontakt bringen und umgekehrt während eines Unterbrechens eines Strompfades relativ zueinander bewegbare Schaltkontaktstücke voneinander entfernen, um ein elektrisches isolierendes Medium zwischen die Schaltkontaktstücke treten zu lassen, und wobei die nichtkonventionelle Schaltstelle eine Schaltstselle mit einer Konstruktion ist, welche das Impedanzverhalten der Schaltstelle unabhängig von einer mechanischen Bewegung variiert und unabhängig vom Schaltzustand der Schaltstelle eine physische Verbindung zwischen den zu trennenden Potentialen erhalten bleibt,
    und wobei die beiden konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) und die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) in einer Reihenschaltung verschaltet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zunächst die konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) ausgeschaltet werden und darauf folgend die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) ausgeschaltet wird, wobei bei einem Ausschalten der konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) in zumindest einer der konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) ein Lichtbogen gezündet wird.
  6. Ausschaltverfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bis zu einem Verfestigen der konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) eine Potentialtrennung durch die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) aufrecht erhalten wird.
  7. Ausschaltverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein brennender Lichtbogen in einer konventionellen Schaltstelle (2, 2a, 3, 3a) durch die nichtkonventionelle Schaltstelle (4, 4a) gelöscht wird.
  8. Ausschaltverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die konventionellen Schaltstellen (2, 2a, 3, 3a) nahezu zeitgleich einen Ausschaltimpuls erhalten.
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