具有并行开关路径的电开关设备的制作方法

本发明涉及一种用于运行电开关设备的方法。此外，本发明涉及一种这样的电开关设备。

背景技术：

由现有技术公知电开关设备，在该电开关设备中给一相配备至少两个并行开关路径。在电开关设备的情况下，高额定电流的传导要求低欧姆的开关路径，以满足温度要求，特别是限制开关设备组件的加热。使用并行开关路径在此可以减小开关路径布置的总电阻。

但是如果在电流过零点，特别是在大的半波之前的过零点，之前很短时间内断开并行开关路径，则由于消除尝试导致在该开关路径中流过的另外的电流。如果该开关路径不具有所需的、用来断开在后面的电流过零点中的电流的消除能力，则导致消除失效。每个单个的并行开关路径因此必须具有足够高的消除能力，以支配这样的情况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，确保具有并行开关路径的电开关设备的可靠运行，该并行开关路径具有与通常的并行开关路径相比更小的开关功率能力。

上述技术问题通过按照本发明的方法和按照本发明的开关设备来解决。本发明的优选的实施在本发明中给出。

下面结合方法解释的优点和实施类似地也适用于按照本发明的开关设备，并且反之亦然。

下面同义地使用概念开关功率能力、开关功率和开关能力。

按照本发明的方法用于运行电开关设备，在该开关设备中给一相配备至少两个并行开关路径，并且包括以下步骤：采集在该相中的电流过零点；至少一个与开关路径有效连接的开关机构控制为，使得在时间窗内断开给该相配备的所有并行开关路径，该时间窗与在该相中的电流过零点相关。

按照本发明的电开关设备包括给一相配备的、至少两个并行开关路径；用于采集在该相中的电流过零点的部件和用于控制至少一个与开关路径有效连接的开关机构的部件，用于在时间窗内断开给该相配备的所有并行开关路径，该时间窗与在该相中的电流过零点相关。

本发明的核心思路是，在并行运行中采用开关设备的给一相配备的开关路径，使得其在所定义的断开窗内断开，其中该断开窗与在该相中的电流过零点相关。断开窗在此被理解为在其中实际断开开关路径的开关件的时间窗。

通过断开窗与电流过零点的定义的对应可以以简单的方式实现，该并行开关路径中单独的每一个仅需具有比当该开关路径仅需消除待接通的电流时其应当具有的那些开关能力更小的开关能力。

按照本发明，给一相配备多个并行开关路径。与不受控的断开不同，如现有技术那样，建议在所定义的断开窗内同步断开并行开关路径。换言之，一相的所有并行开关路径的开关件的分离时间点处于所定义的断开窗内。通过合适地选择该断开窗确保了，在电流过零点之后并且时间上足够间隔地在下一个电流过零点之前断开所有并行开关路径。因此，开关路径“分配”待接通的电流并且共同通过下一个电流过零点。由此确保了不是仅唯一一个开关路径必须负担整个电流。根据在一相中设置多少并行开关路径，取而代之，这些开关路径中单独的每一个必须支配电流的几分之一。开关设备的并行开关路径的每一个的总负荷，特别是开关件的负荷明显比现有技术更小。因此通过本发明确保了具有并行开关路径的电开关设备的可靠运行，其具有与通常的并行开关路径更小的开关功率能力。

因为所使用的开关路径具有减小的开关功率，则相对于根据现有技术制成的用于接通相同电流的开关设备的制造开销，降低了为了接通特定电流而设计的具有这样的并行开关路径的开关设备的制造开销。替换地，可以通过应用按照本发明的方法为了产生较高的总关断功率使用开关设备，该开关设备使用具有不变的开关能力的并行开关路径。

如果是用于多相电网的开关设备，则给至少一相配备以按照本发明的方式控制的至少两个并行开关路径。但是优选地，多相电网的所有相都具有按照本发明控制的至少两个并行开关路径。

本发明不限于特定类型的电开关设备。但是本发明在适用于高电流的开关设备中可以特别有利地应用，特别是对于发电机开关，例如运行电流直至6300A并且短路关断电流直至72kA的真空发电机开关。

附图说明

本发明的上面描述的特性、特征和优点以及怎样实现其的方式，结合下面对根据附图详细解释的实施例的描述更清楚且更明确地理解。附图中：

图1示出了在三相电网中按照本发明的开关设备的强烈简化电路图，

图2示出了具有给电网的一相配备的多个并行中断单元的开关设备的细节，

图3示出了对于关断过程的一相的电流I，相对于时间t绘制。

具体实施方式

所有附图仅示意性且以其主要部件示出了本发明。在此，相同的附图标记相应于相同或类似功能的元件。

示出了用于中压或高压的三相电开关设备1，例如发电机开关。例如考虑短路情况。开关设备1设计为用于接通或中断时间上相位偏移的电流。为此对于输电线的三相18、19、20(R，S，T)的每一相，具有可关断的接触系统2。在此，给这些相18、19、20中的至少一个，优选给所有的相18、19、20，配备三个并行中断单元。中断单元例如是真空管。其具有如下特性，即，其开关路径4、5、6在关断时极快速地恢复其介电强度。

开关设备1的驱动装置3构造为用于同时驱动给一相18、19、20配备的所有接触系统2。换言之，唯一的驱动装置3用于同时断开一相18、19、20的所有并行开关路径4、5、6。为此目的，驱动装置3的至少一个开关机构经由共同的驱动轴7与该开关路径4、5、6有效连接，更确切地说与该开关路径4、5、6的开关件有效连接，参见图2。

驱动装置3的开关机构由电的触发控制设备8来控制，该触发控制设备经由控制线9与驱动装置3连接。换言之，开关设备1包括构造为触发控制设备8的控制装置，用于在出现短路之后产生用于驱动装置的3触发信号。在这样的触发信号之后为了断开并行开关路径4、5、6，向驱动装置3输出关断命令。由此触发并行开关路径4、5、6中的一个的开关件的断开运动。在关断命令和开关件的实际断开之间的延迟通过开关固有时间给出，该开关固有时间由开关设备1和接触系统2的机械特性以及用于从触发控制设备8向驱动装置3传输命令的传输时间得出。

通过至少一个给各个相18、19、20配备的电流互感器11、12、13向触发控制设备8传送电气量，该电气量与流过相18、19、20的电流I成正比并且利用其采集在该相18、19、20中的电流过零点31、32。换言之，触发控制设备8采集并处理电流互感器11、12、13的测量值和由此在各个相18、19、20中的短路电流的电流过零点31、32。替代电流I或除了该电流量之外附加地还可以借助合适的测量接收器采集相18、19、20的电压，并且用作对于触发控制设备8的输入量。

在对于一相18、19、20使用多个并行开关路径4、5、6的情况下，即使打算同时断开该开关路径4、5、6，也会出现，开关路径4、5、6中的一个在电流过零点31、32之前断开，而开关路径4、5、6中的另一个在电流过零点31、32之后断开。几乎不可能实现恰好同时断开，或者在电流过零点31、32之前或者在其之后。随后在断开过程中还流过电流的那些开关路径4、5、6由此必须能够在下一个电流过零点31、32时消除电流。因此，在现有技术中使用的开关路径必须具有相对大的尺寸。

在该背景下本发明建议，并行开关路径4、5、6的断开在任意情况下在两个电流过零点31、32之间进行。特别地应当确保，在下一个电流过零点31、32之前断开相18、19、20的所有并行开关路径4、5、6。为此目的，在电流过零点31、32之后有针对性地控制并行开关路径4、5、6。在此有针对性地接受，整个半波流过相18、19、20的并行开关路径4、5、6的总布置。但是由于开关路径4、5、6的平行性，电流被分配到多个存在的并行开关路径4、5、6上，从而与单个的开关路径4、5、6必须完全承受下一个半波的情况相比，对于这些并行开关路径4、5、6中单独的每一个的总负荷基本上更小并且由此明显更好支配。在使用真空管的情况下尤其减小了在真空开关腔内的开关件的负荷。

在此要注意的是，开关过程或短路涉及不对称的电流14，其基于在系统中存在的电感包含直流分量并且逐渐衰减。在短路电流中的直流分量衰减之后得到图3中示出的对称的电流变化15。在不对称的电流14的情况下大半波16和小半波17分别交替。为了更好地说明，在图3中以“A”表示在其后跟随大半波16的电流过零点，并且以“B”表示在其后跟随小半波17的电流过零点。

本发明还建议，首先断开的那些并行开关路径4、5、6尽可能短地在类型“A”的电流过零点31之后断开。然后直接断开具有其同步错误的其余的开关路径4、5、6。结果确保了，在类型“A”的电流过零点31之后断开所有并行开关路径4、5、6。

本发明还建议，断开窗在下一个电流过零点31、32之前结束，特别是下一个类型“B”的电流过零点32之前。更确切地说，断开窗应当时间上尽可能远离下一个电流过零点31、32地结束，确保了，对于所需的消除效能，开关路径4、5、6的介电上升是足够的。换言之，所有并行开关路径4、5、6共同通过时间上足够远的下一个电流过零点31、32，使得开关路径4、5、6具有为了消除电流所需的介电上升。开关路径4、5、6然后可靠地消除电流。

即使由于随后断开的开关路径4、5、6的断开窗和/或提高的同步错误的相应位置，不是所有并行开关路径4、5、6在类型“B”的电流过零点32时被断开，最多的对称电流应当由该开关路径4、5、6负担。相反，如果由于合适地选择断开窗而可以确保，所有并行开关路径4、5、6在类型“B”的电流过零点32时同时消除，则该开关路径4、5、6甚至可以设计为，使得其必须支配比对于对称关断情况更少的电流。

按照本发明，断开窗由此与在该相中的电流过零点密切相关。因此本发明的一个优点是，并行开关路径4、5、6的总负荷由于电流的分配而小至，使得开关路径4、5、6可以无问题地消除该电流并且可以抵抗电压。换言之，本发明可以实现，首先消除的开关路径4、5、6达到所需的电强度并且避免了再次触发。

如果例如在相18中设置三个并行开关路径4、5、6，如图2所示，则其被控制为，使得其在所定义的断开窗内在类型“A”的电流过零点31之后电流流过其所有，其中每个开关路径4、5、6仅还需负担大半波16的三分之一。相18的所有并行开关路径4、5、6共同通过紧接着的类型“B”的电流过零点32并且消除电流。换言之，在本发明中将相18中的电流的消除分配到多个并行开关路径4、5、6。如果例如关断150kA的电流并且在相中设置三个并行开关路径4、5、6，则该并行开关路径4、5、6中的每个仅需支配50kA。一般来说，仅电流的n分之一流过n个并行开关路径4、5、6。

换言之如果可以确保在类型“B”的电流过零点中可靠地消除电流，则由此可以导出各个并行开关路径4、5、6的消除能力必须多高。如果例如在所定义的断开窗中断开三个或五个并行开关路径4、5、6，则在最简单的情况下这些开关路径4、5、6的每个仅需支配大半波16的三分之一或五分之一。

下面更详细地描述可能的断开窗。在此要指出的是，该时间窗描述了并行开关路径4、5、6实际断开的那些区域，也就是导致开关件同步断开的那些区域。相应于开关设备1的固有时间在相应更早的时间点进行驱动装置3的至少一个开关机构的控制。

断开窗的起点和终点由时间点t1和t2来确定。在50赫兹(周期T＝20ms)的电网频率下随后解释的时间点证明是特别具有优势的，分别从类型“A”的电流过零点的时间点(t0)起计算。重要的是，断开窗在相应的相18中的电流过零点之后开始，特别是在类型“A”的电流过零点31之后开始。优选地，断开窗在此直接连接到该电流过零点31。在该情况下，断开窗21、22、23的起点由此直接处于类型“A”的电流过零点31之后(t1＝0ms)。断开窗21、22、23的终点优选处于该电流过零点31之后几毫秒。在本发明的优选的实施方式中t2＝10ms至15ms。断开窗21由此总体上是10至15ms时长。进一步优选的实施方式是，其中t2＝5至6ms，也就是断开窗22总体上仅是5至6毫秒时长。进一步优选的实施方式是，其中t2＝3ms，也就是断开窗23总体上仅是3毫秒时长。换言之，t1在该情况下处于紧接着的类型“A”的电流过零点31之前20ms并且根据实施方式，t2处于类型“A”的下一个电流过零点31之前仅5至10ms或14至15ms或甚至17ms。短至在相同极性的下一个电流过零点31之前结束的那些断开窗22、23在此是特别具有优势的，也就是在此在类型“A”的下一个电流过零点31之前结束的那些。

替换地，断开窗在类型“A”的电流过零点31之后5至10毫秒才开始(t1＝5ms至10ms)并且相对晚地结束(t2＝10ms至15ms)。由此，断开窗24是5ms和15ms之间的时长。由此在该情况下，t1处于类型“A”的下一个电流过零点31之前10至15毫秒，并且t2处于类型“A”的下一个电流过零点31之前5至10毫秒。

在较大地选择断开窗21(例如10ms至15ms)的实施方式中并且在断开窗24偏移，也就是不是直接在类型“A”的电流过零点之后而是例如更晚5至10毫秒开始的情况下，可以接受的是，并行开关路径4、5、6中的一个在可能的断开的情况下在类型“B”的电流过零点32之前很短时间内进行消除尝试。但是由于为了关断该小半波17需要较小的开关功率能力，所以该剩余的并行开关路径4、5、6仅支配该情况。如果甚至在类型“B”的电流过零点32之后进行多个并行开关路径4、5、6的断开，则再次分配电流并且介电上升可靠地足以在类型“A”的下一个电流过零点31中关断电流。

在所有情况下，也在最后提到的情况下，确保断开窗21、22、23、24时间上与类型“A”的下一个电流过零点31间隔地远至不形成临界情况。时间上的最小间隔25优选地是电网频率的周期30的持续时间的至少四分之一，其中电网频率为50Hz，也就是5ms。

当并行开关路径4、5、6的同步错误尽可能小，也就是尽可能短时地先后断开时，电流到多个并行开关路径4、5、6的最优分配并且由此各个开关路径4、5、6的尺寸和所需的消除能力的可计算性可以是特别良好的。在本发明的优选的实施方式中，从首先断开的开关路径4、5、6直至最后断开的开关路径4、5、6存在时间间隔26，其相应于电网频率的周期30的持续时间的最高五分之一，也就是在50Hz电网频率下例如为4ms。在图3中例如在断开窗21中绘制了开关路径4、5、6的断开时间点27、28、29。

虽然本发明在细节上通过优选的实施例详细阐述和描述，但是本发不不受所公开的示例限制并且可以由专业人员从中导出其它方案，而不脱离本发明的保护范围。