WO1999017415A1

WO1999017415A1 - Leistungsschaltereinrichtung zur energieversorgung und -verteilung

Info

Publication number: WO1999017415A1
Application number: PCT/DE1998/002916
Authority: WO
Inventors: Erhard Baltzer
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 1999-04-08
Also published as: CN1231077A; DE19744011A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschaltereinrichtung, insbesondere für Nieder- und Mittelspannungsnetze, zur Energieversorgung und -verteilung. Die Leistungsschaltereinrichtung enthält einen Halbleiterschalter (HS), dem ein hochtemperatur-supraleitender Strombegrenzer (SB) nachgeschaltet ist. Der Strombegrenzer (SB) steht mit einem Quenchdetektor (QD) in Verbindung, der derart auf eine Steuerelektronik (SE) einwirkt, daß beim Erkennen eines Spannungsabfalls am Strombegrenzer (SB) der Halbleiterschalter (HS) unmittelbar in den Sperrzustand gesteuert ist. Die Leistungsschaltereinrichtung wird zur Energieversorgung und -verteilung, insbesondere in Nieder- und Mittelspannungsnetzen, eingesetzt.

Description

Beschreibung

Leistungsschaltereinrichtung zur Energieversorgung und -Verteilung

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschaltereinrichtung, insbesondere für Nieder- und Mittelspannungsnetze, zur Energieversorgung und -Verteilung.

In den Nieder- und Mittelspannungsnetzen sind bisher zur

Energieversorgung und -Verteilung luft- und gasisolierte Leistungsschalter eingesetzt. Zur Ein- und Ausschaltung dieser Leistungsschalter sind mechanisch betätigte Antriebe vorgesehen, die, insbesondere m Bezug auf die gasisolierten Anla- gen, mittels gasdichter Durchfuhrungen auf die Leistungsschalter einwirken.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Konzept zur Realisierung einer Leistungsschaltereinrichtung anzugeben, be dem der Aufwand für die Steuerung sowohl in luft- als auch m gasisolierten Anlagen erheblich reduziert ist und, insbesondere n gasisolierten Anlagen, gasdichte, mechanisch aufwendige Durchfuhrungen zur Steuerung der Leistungsschalter entbehrlich sind. Erfmdungsgemaß wird dies durch die Merkmale 1.1 die Leistungsschaltereinrichtung enthalt einen Halbleiterschalter,

1.2 dem Halbleiterschalter ist ein hochtemperatur-supraleitender Strombegrenzer nachgeschaltet,

1.3 der hochtemperatur-supraleitende Strombegrenzer steht mit einem Quenchdetektor m Verbindung,

ERSATZBLÄIT (REGEL26) 1.4 der Quenchdetektor wirkt derart auf eine Steuerelektronik ein, daß beim Erkennen eines Spannungsabfalls am Strombegrenzer mittels der Steuerelektronik der Halblei- terschalter unmittelbar m den Sperrzustand gesteuert

erreicht .

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, eine Kurzschlußstrombegrenzung mit supraleitenden Strombegrenzern n Verbm- düng mit Leistungsschaltereinrichtungen, insbesondere der

Nieder- und Mittelspannungstechnik, zu nutzen. Der Effekt der hochtemperatur-supraleitenden Strombegrenzer, beim Übergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand (Quench) den Widerstandswert des Materials zu verandern, ist m einem Artikel der Fachzeitschrift „etz, Heft 12/1997, Seite 36, 37 beschrieben und dient im Zusammenhang mit der erfinderischen Leistungsschaltereinrichtung direkt zur Steuerung des Schaltelements, das durch die Unterbrechung des Stromflusses die Abschaltung vom Nieder- bzw. Mittelspannungsnetz bewirkt. Als erfindungswesentlich ist darüber hinaus anzusehen, daß die Leistungsschaltereinrichtung als Schaltelement statt des mechanisch zu betätigenden Schaltkontaktes einen Halbleiterschalter vorsieht, der im Zusammenwirken mit dem Quenchdetektor m sehr kurzer Zeit ohne mechanisch zu betätigende Schaltgestange in den nichtleitenden Zustand geschaltet werden kann. Durch die kurze Reaktionszeit der Halbleiterschal- ter ist die Eigenerwärmung der hochtemperatur-supraleitenden Strombegrenzer gegenüber den herkömmlichen, mechanisch gesteuerten Leistungsschaltereinrichtungen erheblich reduziert. Bei einem etwa linearen Zusammenhang zwischen der Erwärmung und der Ruckkuhlzeit der supraleitenden Strombegrenzer er-

ERSATZBLÄΓT (REGEL 26) niedπgt sich bei einer Reduzierung der normalleitenden

Stromflußdauer bei mechanisch steuerbaren Leistungsschaltereinrichtungen von ca. 50 ms (Millisekunden) bei elektronisch steuerbaren Halbleiterschaltern auf ca. 10 ms, so daß sich die Ruckkuhlzeit dementsprechend von 1 s (Sekunde) auf 0,2 s verringert.

Unterbrechungszeiten von 200 ms als Folge eines Kurzschlusses sind m den Netzen der Nieder- und Mittelspannungstechnik noch zulassig, so daß die Anwendung dieser Strombegrenzer allgemein m Schaltkreisen der Energieversorgung und -Verteilung möglich ist.

Halbleiterschalter der verschiedensten Arten wurde wegen der hohen Verlustleistungen bisher für diese Anwendungszwecke j e- doch nicht eingesetzt

Im Zusammenhang mit den hochtemperatur-supraleitenden Strombegrenzern und einem schnell reagierenden Quenchdetektor ist, wie bereits ausgeführt, eine sehr kurze Ruckkuhlzeit des Strombegrenzers erreichbar, so daß die Aufwendungen zur Kuh- lung der Halbleiterschalter in einem wirtschaftlich vertretbaren Rahmen liegen.

Bei entsprechender Positionierung kann zur Kühlung der Halbleiter auch der für den Strombegrenzer vorhandene flussige Stickstoff verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Merkmal

2.1 der Halbleiterschalter ist aus steuerbaren Halbleitern (Thyristoren) gebildet, vorgesehen.

ERSATZBLÄTT (REGEL26) Der Halbleiterschalter kann dadurch besonders einfach vom leitenden Zustand m den nicht leitenden Zustand bzw. umgekehrt gesteuert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht das Merkmal

3.1 die Betriebsspannung der Leistungsschaltereinrichtungen ist durch eine Reihenschaltung der Halbleiterschalter realisierbar, vor. Damit lassen sich Leistungsschalter für verschiedene Betriebsspannungen herstellen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht das Merkmal

4.1 der Betriebsstrom der Leistungsschaltereinrichtungen st durch eine Parallelschaltung von Halbleiterschaltern realisierbar, vor. Damit lassen sich Leistungsschalter für ein breites Spektrum von unterschiedlichen Betriebsstromen und Betriebsspannungen konzipieren.

Die Erfindung wird durch ein figürlich dargestelltes Ausfuh- rungsbeispiel naher erläutert, m dem lediglich die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Schaltelemente dargestellt sind. Die Leistungsschaltereinrichtung LS enthalt den Halbleiter- Schalter HS, der mit dem hochtemperatur-supraleitenden Strombegrenzer SB eine Reihenschaltung bildet. Der hochtemperatur- supraleitende Strombegrenzer SB ist mit einem Quenchdetektor QD verbunden, der mit seinem Ausgangssignal im Fall des Überganges vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zu- stand die nachgeschaltete Steuerelektronik SE derart beeinflußt, daß beim Erkennen eines Spannungsabfalls am Strombe-

ERSATZBLAH (REGEL26) grenzer SB der Halbleiterschalter HS unmittelbar in den

Sperrzustand geschaltet ist. Mit dieser Schaltmaßnahme werden sowohl der Strombegrenzer SB als auch die nicht dargestellten Verbraucher vom Nieder- bzw. Mittelspannungsnetz abgeschal- tet .

Im Gegensatz zu den konventionellen Kurzschlußstrombegrenzern, beispielsweise realisiert durch schnelle Schalter, sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschaltereinrichtungen keine zusätzlichen Einrichtungen zur Fehlererkennung und zur Auslösung des Strombegrenzers SB erforderlich. Das Verfahren arbeitet reversibel und ohne Austausch von Komponenten nach einem Ansprechen im Kurzschlußfall. Die reversible Wirkungsweise der hochtemperatur-supraleitenden Strombegrenzer SB ermöglicht darüber hinaus die automatische Wiederaufhebung der Abtrennung vom Nieder- bzw. Mittelspannungsnetz, nachdem der Fehlerzustand, beispielsweise ein Kurzschlußstrom, beseitigt ist .

Claims

Patentansprüche

1. Leistungsschaltereinrichtung, insbesondere für Nieder- und Mittelspannungsnetze, zur Energieversorgung und -Verteilung, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Merkmale

1.1 die Leistungsschaltereinrichtung (LS) enthalt einen Halbleiterschalter (HS) ,

1.2 dem Halbleiterschalter (HS) ist ein hochtemperatur- supraleitender Strombegrenzer (SB) nachgeschaltet, 1.3 der hochtemperatur-supraleitende Strombegrenzer (SB) steht mit einem Quenchdetektor (QD) in Verbindung, 1.4 der Quenchdetektor (QD) wirkt derart auf eine Steuerelektronik (SE) ein, daß beim Erkennen eines Spannungsabfalls am Strombegrenzer (SB) mittels der Steuerelek- tronik (SE) der Halbleiterschalter (HS) unmittelbar m den Sperrzustand gesteuert ist.

2. Leistungsschaltereinrichtung nach Patentanspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h das Merkmal 2.1 der Halbleiterschalter (HS) ist aus steuerbaren Halbleitern (Thyristoren) gebildet.

3. Leistungsschaltereinrichtung nach Patentanspruch 1 und den Patentansprüchen 1 und 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h das Merkmal

3.1 die Betriebsspannung der Leistungsschaltereinrichtungen (LS) ist durch eine Reihenschaltung der Halbleiterschalter (HS) realisierbar.

4. Leistungsschaltereinrichtung nach Patentanspruch 1, den Patentansprüchen 1 und 2 und den Patentansprüchen 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h das Merkmal .1 der Betriebsstrom der Leistungsschaltereinrichtungen (LS) ist durch eine Parallelschaltung von Halbleiterschaltern (HS) realisierbar.