Schnelles Schaltelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein schnelles Schaltelement und ein Lichtbogenlöschsystem, insbesondere ein System zum Kurzschließen oder Erden von Niederspannungsanlagen und/oder Mittelspannungsanlagenmit einem solchen schnellen Schaltele ment .

Offene Lichtbögen in Schaltanlagen der Nieder- und Mit telspannungstechnik richten in der Regel hohe Schäden an, ha ben also ein hohes Schadenspotential, insbesondere durch ei nen längerfristigen Ausfall einer Schaltanlage. Um die Folgen eines offenen Lichtbogens wie Ruß, Hitze und Druck zu redu zieren kann ein Kurzschluss oder Erdschluss erzeugt werden um die elektrische Energie, welche den offenen Lichtbogen speist umzuleiten .

Durch diese Maßnahme wird die Brenndauer des offenen Lichtbo gens deutlich reduziert und Schäden können reduziert oder so gar ganz vermieden werden, zumindest soweit, dass die Schalt anlage wieder in Betrieb genommen werden kann.

Dabei müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine uner wünschte Erdung im regulären Betrieb zu vermeiden.

Das geschieht beispielsweise durch Druckmessungen, Lichtde tektoren oder Strommessungen oder Kombinationen der genannten Verfahren .

Ein weiterer wichtiger Faktor ist eine geringe Zeitverzöge rung zwischen der Detektion eines Lichtbogens und einer er folgten Kurzschließung oder Erdung.

Auch ist es interessant für die Wiederinbetriebnahme, dass die kurzschließende Einheit nicht ausgetauscht werden muss, der Prozess also reversibel ist. Aus dem Stand der Technik sind insbesondere pyrotechnische Lösungen und elektromagnetische Lösungen zum schnellen Schal ten bekannt.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung ein schnell schaltendes Schaltelement und ein System zum Kurzschließen oder Erden von Nieder- und/oder Mittelspannungsanlagen bereit zu stellen, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik behebt.

Die Aufgabe wird durch ein System zum Kurzschließen oder Er den von Niederspannungsanlagen und/oder Mittelspannungsanla gen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und den von diesem ab hängigen Ansprüchen gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein schnell schal tendes Schaltelement, wobei das schnell schaltende Schaltele ment als Isoliermittel ein Isolierfluid, insbesondere ein Isolieröl, in einem Schaltraum aufweist, wobei das Isolierme dium den Schaltraum mit Einbauten, wie zum Beispiel Schalt kontakten, vollständig füllt, wobei in dem Schaltraum zwi schen einer geschlossenen Schaltstellung, also einer

elektrisch leitenden, und einer offenen, also einer

elektrisch getrennten Schaltstellung mittels eines Schaltvor gangs umgeschaltet werden kann, insbesondere durch Bewegen eines Bewegkontaktes in Kontakt mit einem Festkontakt oder durch Bewegen des Bewegkontaktes weg vom Festkontakt, wobei sich an den Schaltraum ein Ausgleichsbehältnis für das Iso lierfluid anschließt und das Ausgleichsbehältnis ein verän derbares Volumen aufweist, wobei das veränderbare Volumen durch einen in dem Ausgleichsbehältnis vorhandenen Aus gleichskolben erzeugt wird und ein vorbestimmbares veränder bares Volumen mit dem Isolierfluid gefüllt ist, wobei der Kolben mit einem Druckelement derart belastet wird, dass eine Kraft derart auf den Ausgleichskolben wirkt, dass eine Aus dehnung des Isoliermediums gegen die auf den Ausgleichskolben wirkende Kraft arbeitet und bei einer Verringerung des Volu mens des Isolierfluides der Ausgleichskolben derart in das Ausgleichsbehältnis gedrückt wird, dass das veränderbare Vo lumen vollständig mit dem Isolierfluid befüllt ist, wobei der Ausgleichskolben derart mit einem Signalisierungselement, insbesondere einem Mikroschalter, zusammenwirkt, dass bei ei ner Unterschreitung eines Wertes für das veränderbare Volumen ein Warnsignal ausgelöst wird oder auslösbar ist. Alternativ oder zusätzlich zum Warnsignal kann auch ein Schalten des schnell schaltenden Schaltelementes unterbunden werden, wenn der vorbestimmte Wert für das veränderbare Volumen und damit des Volumens des Isolierfluides unterschritten oder erreicht wird oder ein weiterer vorbestimmter Wert für das veränderba re Volumen und damit des Volumens des Isolierfluides unter schritten oder erreicht wird.

Alternativ wird anstelle des Ausgleichskolbens ein weiterer Balg, insbesondere Wellenbalg oder Faltenbalg verwendet, der Teile oder das gesamte Ausgleichbehältnis ersetzt oder sich an ein freies Ende des Ausgleichbehältnisses anschließt. An einem freien Ende des weiteren Balgs ist dann das Signalisie rungselement analog zur Anordnung mit dem Ausgleichskolben vorgesehen .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Signalisie rungselement von einem Mikroschalter gebildet.

Alternativ kann das Signalisierungselement auch von einem o- der mit einem optischen Schalter (120) gebildet werden. Ein optischer ist hier als ein Bauteil zu verstehen, dass die Po sition des Ausgleichskolbens oder des weiteren Balgs optisch detektiert und so die Signalisierung beim Erreichen oder Un terschreiten des vorbestimmten Wertes für das veränderbare Volumen und damit des Volumens des Isolierfluides auslöst o- der die Signalisierung auslösbar ist.

Bevorzugt wird, dass das Warnsignal an eine verbindbare Steu ereinheit weiterleitbar ist und die Steuereinheit das vorhan den sein eines Warnsignals, und damit einen potentiellen Öl verlust, anzeigt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das vorste hende schnell schließende Schaltelement in einem System zum Kurzschließen oder Erden von Nieder- und/oder Mittelspan nungsanlagen, kurz Schaltanlagen,

- mit mindestens einer Fehlererfassungseinheit zum Detek- tieren eines Lichtbogens,

- mindestens einer Signalverarbeitungseinheit zur Verar beitung von Signalen der mindestens einen Fehlererfas sungseinheit, wobei die Signalverarbeitungseinheit mit der Fehlererfassungseinheit zur Signalübertragung ver bunden oder verbindbar ist,

- mindestens einer Steuereinheit, die mit der Signalverar beitungseinheit zur Signalübertragung verbunden oder verbindbar ist, mit einer elektrischen Energiespeicher vorrichtung in oder an der Steuereinheit, und

- mit mindestens einem schnell schaltenden Schaltelement mit einem mechanischen Energiespeicher, wobei das schnell schaltende Schaltelement mit der Steuereinheit zur Übertragung einer elektrischen Auslöseenergie aus der elektrischen Energiespeichervorrichtung verbunden oder verbindbar ist und mit der elektrischen Auslö seenergie ein Auslösen eines Schaltvorgangs des schnell schaltenden Schaltelements bewirkt oder bewirkbar ist, wobei einem im mechanischen Energiespeicher gespeicherte Antriebsenergie den Schaltvorgang bewirkt oder dieser bewirkbar ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Auslöseenergie hoch ausgelegt wird, insbesondere hoch im Vergleich zu potenziell auftreten den elektromagnetischen Störungen ausgelegt ist oder ausleg- bar ist, insbesondere im Verhältnis zur elektromagnetischen Verträglich einer verbindbaren oder verbundenen Schaltanlage. Hoch ausgelegt bedeutet in diesem Zusammenhang mindestens ei nen Faktor 2, bevorzugt mindestens einen Faktor 5, insbeson dere bevorzugt mindestens einen Faktor 10 oder mindestens ei nen Faktor 100, höher ausgelegt ist als der entsprechende Re ferenzwert der potenziell auftretenden elektromagnetischen Störungen oder der elektromagnetischen Verträglich der zuge- hörigen Schaltanlage oder zugehörigen Nieder- und/oder Mit telspannungsanlage .

Auch ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Energiespeicher räumlich getrennt vom mechanischen Energiespeicher, bei spielsweise einem Federspeicher oder Tellerfederspeicher, an geordnet ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass die Steuer einheit mit dem elektrischen Energiespeicher in einem Nieder spannungsraum angeordnet ist, während das schnell schaltende Schaltelement mit dem mechanischen Energiespeicher im Bereich einer zu schützenden Sammelschiene und/oder Schaltanlage, Nieder- und/oder Mittelspannungsanlage, mit der das System verbindbar oder verbunden ist, angeordnet ist. Dadurch können Fehlauslösungen durch elektromagnetische Störungen im Bereich der Sammelschiene verhindert werden und Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit des Systems zum Kurz schließen oder Erden von Niederspannungsanlagen und/oder Mit telspannungsanlagen sind einfacher herzustellen.

Weiter ist es vorteilhaft, dass die Fehlererfassungseinheit zum Detektieren eines Lichtbogens einen optischen Sensor zum optischen Erfassen eines Lichtbogens aufweist und einen

Stromsensor, der den Stromverlauf an einer oder mehrere zu schützenden Sammelschienen, mit denen das System verbunden oder verbindbar ist, überwacht.

Auch ist es vorteilhaft, dass die Steuereinheit über eine Schnittstelle zum Anschluss eines Computers oder einer Daten übermittlungseinheit verfügt. Das ist insbesondere für das Einrichtung und/oder die Wartung der Steuereinheit vorteil haft.

Weiter bevorzugt sind an der Steuereinheit (30) sind Eingänge zum Blockieren oder Auslösen einer Auslösung eines Schaltvor ganges vorhanden. Bevorzugt wird auch, dass eine Notstromversorgung an einem Eingang, einem Eingang für eine optionale Notstromversorgung, vorsehbar ist oder angeordnet ist.

Besonders bevorzugt wird, dass das System in einer Nieder- und/oder Mittelspannungsanlage, Schaltanlage, integriert ist oder in diese integrierbar ist, insbesondere fest oder ent fernbar integriert ist.

Im Folgenden werden die Ausführungsbeispiele anhand von Figu ren erläutert.

Figur 1: Schematischer Aufbau des Systems zum Kurzschließen oder Erden von Niederspannungsanlagen und/oder Mit telSpannungsanlagen .

Figur 2: Schematischer Aufbau eines schnell schaltenden

Schaltelementes mit Ölverlustwarnung

Die Figur 1 zeigt einen beispielhaften schematischen Aufbau des Systems zum Kurzschließen oder Erden von Niederspannungs anlagen und/oder Mittelspannungsanlagen 1. Eine Fehlererfas sungseinheit 10 dient dem Detektieren eines Lichtbogens mit tels verschiedener Sensoren, insbesondere optischen Sensoren 4 und Stromsensoren 6. Erfassen die einzelnen Sensoren der Fehlererfassungseinheit 10 ein Signal, wird dieses von der Fehlererfassungseinheit 10 zu einer Signalverarbeitungsein heit 20 zur Auswertung geleitet. Die Signalverarbeitungsein heit 20 bestimmt dann, auch beispielsweise an Hand der Korre lation der einzelnen Messwerte der einzelnen Sensoren, ob ein Störfall vorliegt, der ein Erden oder kurzschließen erfor dert. Wird ein solcher Störfall, insbesondere Lichtbogen, er kannt, so wird ein Signal, insbesondere ein Fehlersignal von der Signalverarbeitungseinheit 20 an eine Steuereinheit 30 geleitet. Die Steuereinheit 30 versorgt dann schnell schal tende Schaltelemente 40, 42, 44 mit einer elektrischen Auslö- seenergie aus einer elektrischen Energiespeichervorrichtung 35. Durch die elektrischen Auslöseenergie wird ein mechani scher Energiespeicher in den schnell schaltenden Schaltele mente 40, 42, 44 ausgelöst, der eine Antriebsenergie für die schnell schaltenden Schaltelemente 40, 42, 44 für Schaltvor gänge, insbesondere Kurzschließen oder Erden, bereitstellt oder ein zentraler mechanischer Energiespeicher 45 ausgelöst, der eine Antriebsenergie für die schnell schaltenden Schalt elemente 40, 42, 44 für Schaltvorgänge, insbesondere Kurz schließen oder Erden, bereitstellt .

Die Steuereinheit 30 weist hier eine in der Steuereinheit 30 verbaute elektrische Energiespeichervorrichtung 35 auf, die elektrische Energiespeichervorrichtung 35 kann aber auch in räumlicher Nähe zu der Steuereinheit 30 angeordnet sein. Zur Einrichtung und/oder Wartung der Steuereinheit 30 verfügt die Steuereinheit 30 optional über eine Schnittstelle zum An schluss eines Computers oder einer Datenübermittlungseinheit 15. Weiter optional sind Eingänge 18 und 19 zum Blockieren oder Auslösung der Auslösung eines Schaltvorganges vorhanden. Ebenfalls optional kann eine Notstromversorgung an dem optio nalen Eingang 17 vorgesehen oder angeordnet sein.

Die Figur 2 zeigt einen beispielhaften schematischen Aufbau eines schnell schaltenden Schaltelementes 40 mit einer Ölver lustwarnung. Das schnell schaltende Schaltelement 40 weist hier einen Schaltraum 50 auf, in dem ein Bewegkontakt 70 be weglich angeordnet ist und ein Festkontakt angeordnet ist.

Der Bewegkontakt ist beispielsweise mittels eines Balges 55 oder durch eine hermetisch dichte Durchführung beweglich im Schaltraum 50 angeordnet. An den Schaltraum 50 schließt sich ein Ausgleichsbehältnis 90 an, so dass das Isolierfluid zwi schen dem Schaltraum 50 und dem Ausgleichsbehältnis 90 wech seln kann. Der Ausgleichsbehälter 90 ist auf einer nicht mit dem Schaltraum 50 in Verbindung stehenden Seite durch einen beweglich aber dichtend gelagerten Ausgleichskolben 100 ver schlossen. Der Schaltraum 50 ist mit seinen Einbauten und das Ausgleichsbehältnis 90 ist bis zum Ausgleichskolben vollstän dig mit dem Isolierfluid 60 befüllt. Auf den Ausgleichskolben 100 wirkt ein Druckelement 110, das eine Kraft derart auf den Ausgleichskolben 100 bewirkt, dass dieser in das Aus

gleichsbehältnis 90 gedrückt wird und bei einer Verringerung des Volumens des Isolierfluides 60 den Ausgleichskolben in das Ausgleichbehältnis 90 drückt oder bei einer Vergrößerung des Volumens des Isolierfluides 60 den Ausgleichskolben 100 gegen die Kraft des Druckelementes 110 aus dem Ausgleichsbe hältnis 90 herausdrückt und so eine Volumenänderung des Iso lierfluides 60 kompensiert. Verringert sich das Volumen des Isolierfluides unter einen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Wert, so interagiert, der Ausgleichskolben mit einem Signali sierungselement 120, hier drückt er auf einen Mikroschalter als Signalisierungselement 120. So wird bei einem Unter schreiten eines vorbestimmten oder vorbestimmbaren Wertes für das Volumen des Isolierfluides 60 ein Warnsignal ausgelöst und/oder die Schaltbereitschaft aufgehoben, bzw. blockiert.

Bezugszeichenliste

1 System zum Kurzschließen oder Erden von Niederspannungs anlagen und/oder Mittelspannungsanlagen;

4 optischer Sensor;

6 Stromsensor;

10 Fehlererfassungseinheit;

15 Computer oder Datenübermittlungseinheit;

17 Eingang für optionale Notstromversorgung;

18 optionaler Eingang;

19 optionaler Eingang;

20 Signalverarbeitungseinheit;

30 Steuereinheit;

35 elektrische Energiespeichervorrichtung;

40 schnell schaltendes Schaltelement;

42 schnell schaltendes Schaltelement;

44 schnell schaltendes Schaltelement;

45 optionaler zentraler mechanischer Energiespeicher.

50 Schaltraum;

55 hermetisch dichter Balg;

60 Isolierfluid, insbesondere Isolieröl;

70 Bewegkontakt;

80 Festkontakt;

90 Ausgleichsbehältnis;

100 Ausgleichskolben;

110 Druckelement, insbesondere Federelement;

120 Signalisierungselement.