DE102014201809A1 - Earthing switch for railway power systems and method for grounding a part of a traction current system by means of a grounding switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Erdungsschalter (1) für Bahnstromanlagen (2) mit einem ersten Hauptkontakt (3) und einem bewegbaren zweiten Hauptkontakt (4), wobei der bewegbare zweite Hauptkontakt (4) zur Herstellung einer Luftstrecke von dem ersten Hauptkontakt (3) weg bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkontakte (3, 4) eine Vorzündanordnung (5, 6) aufweisen, die für eine Kurzschlusseinschaltung des Erdungsschalters (1) geeignet ist. Weiterhin ist ein Verfahren zum Erden eines Teils einer Bahnstromanlage mittels eines erfindungsgemäßen Erdungsschalters Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a grounding switch (1) for traction current installations (2) having a first main contact (3) and a movable second main contact (4), the movable second main contact (4) being movable away from the first main contact (3) to produce an air gap characterized in that the main contacts (3, 4) have a Vorzündanordnung (5, 6) which is suitable for a Kurzschlusseinschaltung the earthing switch (1). Furthermore, a method for grounding a part of a traction current system by means of a grounding switch according to the invention is the subject of the invention.
Description
Erdungsschalter sind spezielle Schaltgeräte, die im einfachsten Fall eine elektrische Leitung mit Erde verbinden und damit einen sicheren Zustand herstellen. In Fahrleitungsnetzen werden Erdungsschalter hauptsächlich in Hallen und Werken und automatisierten Erdungsanlagen für Tunnelrettung eingesetzt. Ein System zur automatisierten Erdung ist beispielsweise aus dem „Lastenheft Automatische Erdungseinrichtung (AEE)“ der SBB CFF FFS vom 18.04.2012 auf Seite 5 bekannt. Ein weiteres System zur automatisierten Erdung ist mit Sicat AES aus dem Zeitschriftenartikel „Fahrleitungserdung – automatisiert mit Sicat AES“, erschienen in „Elektrische Bahnen Sonderdruck S3/2013“, bekannt. Earthing switches are special switching devices that in the simplest case connect an electrical line to ground and thus establish a safe state. In overhead catenary systems, earthing switches are mainly used in halls and factories and automated grounding systems for tunnel rescue. A system for automated grounding is known, for example, from the "Specifications for Automatic Grounding Device (AEE)" of the SBB CFF FFS from 18.04.2012 on
Es ist aus der Produktbeschreibung des Freiluft-Lasttrennschalters der FLaV 25-2000-16-1B und 2B Serie, auf Seite 9 der „Betriebs-, Montage- und Wartungsanleitung für Driescher Freiluft Schaltgeräte für Bahnanlagen“ mit der Bestellnummer 3-811201068.05-04 von Elektrotechnische Werke Fritz Driescher & Söhne GmbH, 85366 Moosburg, bekannt, bei Lasttrennschaltern so genannte Vorzündhörner einzusetzen, um die Kurzschluss-Einschaltfestigkeit zu verbessern. Aus Abb. 11 auf S. 12 der gleichen Produktbeschreibung geht hervor, dass die Vorzündhörner mit einer besonders temperaturstabilen Spitze ausgestattet sind. Solche temperaturbeständigen Spitzen weisen einen besonders geringen Verschleiß im Betrieb auf und verringern somit Wartungs- und Instandsetzungskosten. Die temperurstabilen Spitzen sind im Stand der Technik allgemein bekannt und werden häufig aus Wolframlegierungen hergestellt und auf die aus Kupfer gefertigten Vorzündhörner geschweißt. It is from the product description of the outdoor circuit-breaker of the FLaV 25-2000-16-1B and 2B series, on
Der Erdungsschalter 8WL6144-1A für AC 25 kV Bahnstromsysteme der Siemens AG, bekannt aus „Produktinformation / Version 1.2.0 / Nr. A6Z00029955871“ von 2013 auf Seite 3, ist ein Erdungsschalter für Bahnstromanlagen mit einem ersten Hauptkontakt und einem bewegbaren zweiten Hauptkontakt, wobei der bewegbare zweite Hauptkontakt zur Herstellung einer Luftstrecke von dem ersten Hauptkontakt weg bewegbar ist. Die Erdungsschalter selbst unterscheidet man nach Norm hinsichtlich ihrer Kurzschlusseinschaltkategorie. Der genannte Erdungsschalter 8WL6144-1A ist dabei ein Erdungsschalter, der von der Auslegung her nur dann geschlossen wird und somit einen geerdeten Zustand hergestellt, wenn zuvor die Fahrleitung abgeschaltet, gegen Wiedereinschalten gesichert und auf Spannungsfreiheit geprüft wurde. Durch diese Maßnahmen wird vermieden, dass der Erdungsschalter auf einen Kurzschluss schaltet – wodurch er beschädigt oder zerstört werden würde. The earthing switch 8WL6144-1A for AC 25 kV traction current systems of Siemens AG, known from "Product Information / Version 1.2.0 / No. A6Z00029955871" from 2013 on
Es ist weiterhin aus der gleichen Produktinformation der Trennschalter der Baureihe SICAT 8WL6144 der Siemens AG bekannt, bei dem aus Kupfer hergestellte Lichtbogenhörner vorgesehen sind. Im relativ aufwändigen Magna-Flash-Schweißverfahren werden Abbrandelemente aus einer Wolframkupferlegierung angeschweißt. Die stumpf auf die Lichtbogenhörner angeschweißten Abbrandelemente müssen bei Erodierung des Materials im Zuge einer Wartung ersetzt werden. Dabei werden die gesamten Lichtbogenhörner getauscht und neu ausgerichtet, damit die vorgesehene Schaltlichtbogenlöschung sichergestellt ist. It is also known from the same product information of the SICAT 8WL6144 series of Siemens AG circuit breakers, in which arc horns made of copper are provided. In the relatively complex Magna Flash welding process burn-off elements are welded from a tungsten copper alloy. The butt welded to the arcing horns consumables must be replaced during erosion of the material in the course of maintenance. The entire arc horns are exchanged and realigned so that the planned switching arc extinction is ensured.
Erdungsschalter, die für AC und DC-Bahnstromversorgung angewendet werden und auf eine unter Spannung stehende Fahrleitung zugeschaltet werden sollen, müssen im Gegensatz zum bekannten Erdungsschalter 8WL6144-1A Einschaltkurzschlussfest sein. Diese Schalter zeichnen sich heute primär dadurch aus, dass das Schaltmesser mit einer hohen Geschwindigkeit in den Kontakt einläuft und somit in Verbindung mit dem Vorzünden ein Einlauf in den Kontakt bei geringem Momentanwert des Stromes erfolgt. Beispiele dafür sind z. B. Schalter der Serie FES 3-20-1 B der Fa. Driescher. Earthing switches, which are used for AC and DC traction power supply and are to be connected to a live catenary, must, in contrast to the known 8WL6144-1A earthing switch, be short-circuit proof. These switches are characterized today primarily by the fact that the switching blade enters the contact at a high speed and thus takes place in connection with the pre-ignition an entry into the contact at low instantaneous value of the current. Examples are z. B. switches of the series FES 3-20-1 B Fa. Driescher.
Der schnelle Einlauf bzw. das schnelle Schließen der Hauptkontakte ergibt sich dem bekannten Effekt des Stromanstiegs, weil der Schließvorgang im Zeitbereich des unteren Bereichs des Stromanstiegs bleiben muss, um nicht über die Stromkräfte am Einlauf des Schaltmessers behindert zu werden. Die genannten Schalter sind jedoch im Vergleich zur Schalterserie 8WL6144-1 der Siemens AG durch die höheren Anforderungen vergleichsweise robuster gebaut und somit teurer. Obwohl heute die Spannungsprüfung gemäß den fünf Sicherheitsregeln nach
Dabei wird vergessen, dass ein Erdungsschalter zwar den Kurzschluss auslöst und ihn anschließend auch trägt, aber dieser Erdungsschalter nur dann dieser Belastung standhält, wenn der speisende Leistungsschalter über dessen Kurzschlusserkennung die Spannung und damit den Kurzschlussstrom im Unterwerk oder den Unterwerken abschaltet. It is forgotten that a grounding switch triggers the short circuit and then carries him, but this earthing switch only withstand this load when the supplying circuit breaker switches off the voltage and thus the short circuit current in the substation or the substations via its short circuit detection.
Ausgehend vom bekannten Erdungsschalter für Bahnstromanlagen des Typs 8WL6144-1A stellt sich für die Erfindung die Aufgabe, einen für eine mehrmalige Kurzschlusseinschaltung geeigneten Erdungsschalter bereit zu stellen, der sich kostengünstig herstellen lässt. Starting from the well-known earthing switch for railway power systems of the type 8WL6144-1A sets for the invention the task of one for a provide multiple short-circuit closing suitable earthing switch, which can be produced inexpensively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Erdungsschalter für Bahnstromanlagen mit einem ersten Hauptkontakt und einem bewegbaren zweiten Hauptkontakt, wobei der bewegbare zweite Hauptkontakt zur Herstellung einer Luftstrecke von dem ersten Hauptkontakt weg bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkontakte eine Vorzündanordnung aufweisen, die für eine Kurzschlusseinschaltung des Erdungsschalters geeignet ist. This object is achieved by a grounding switch for railway power plants with a first main contact and a movable second main contact, wherein the movable second main contact for producing an air gap of the first main contact is movable away, characterized in that the main contacts have a Vorzündanordnung that for a Short circuit on the grounding switch is suitable.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Erdungsschalters, dass die Funktionalität des Erdungsschalters im Vergleich zu herkömmlichen Erdungsschaltern erweitert wird, weil die Kurzschlusseinschaltfestigkeit des erfindungsgemäßen Erdungsschalters erheblich gesteigert ist. Dies wird erreicht, weil der Kurzschluss nicht über die Hauptkontakte gezündet wird, was die Lebensdauer der Hauptkontakte verlängert und gleichzeitig eine relative Unversehrtheit und damit verbunden eine relative Wartungsarmut der Hauptkontakte sicherstellt. Die Stromübernahme über die Vorzündanordnung während der Schließbewegung/Einschaltbewegung stellt sicher, dass die Vorzündanordnung als "Opferelement" den Kurzschluss auslöst. Die Vorzündanordnung kann abhängig vom Verschleiß einfach wieder instandgesetzt werden, was im Hinblick auf Betrieb und Wartung des Erdungsschalters Kostenvorteile bietet. It is an advantage of the earthing switch according to the invention that the functionality of the earthing switch is widened in comparison to conventional earthing switches, because the short circuit breaking strength of the earthing switch according to the invention is considerably increased. This is achieved because the short circuit is not ignited via the main contacts, which extends the life of the main contacts while ensuring relative integrity and, associated therewith, a relative low maintenance of the main contacts. The current transfer via the Vorzündanordnung during the closing movement / switch-on ensures that the Vorzündanordnung triggers as a "victim element" the short circuit. The Vorzündanordnung can easily be repaired depending on the wear, which offers cost advantages in terms of operation and maintenance of the earthing switch.
Dabei ist der Erdungsschalter vergleichsweise einfach konstruiert, setzt auf dem gleichen Plattformkonzept bestehender Trenn- und Erdungsschalter auf und ist preisgünstig herzustellen. Im Betrieb ist der Erdungsschalter, weil er bei einer Kurzschlusseinschaltung (in Notsituationen) nicht beschädigt oder zerstört wird, besonders wartungsarm. The earthing switch is comparatively simple in design, uses the same platform concept for existing disconnectors and earthing switches and is inexpensive to manufacture. In operation, the earthing switch is particularly low maintenance because it is not damaged or destroyed during a short-circuit closing (in emergency situations).
Der erfindungsgemäße Erdungsschalter ist für Anwendungen sowohl im Gleichspannungs- als auch im Wechselspannungsbetrieb geeignet. The earthing switch according to the invention is suitable for applications in both DC and AC operation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters ist die Vorzündanordnung oberhalb der Hauptkontakte angeordnet. Dies ist vorteilhaft, weil eine Schonung der Hauptkontakte gewährleistet ist, da die Hauptkontakte nicht im Bereich des thermischen Auftriebs der auftretenden Lichtbogensäule liegen. Damit ist über das Minimalprinzip des Lichtbogens sichergestellt, dass sich dessen Fußpunkte immer auf den entsprechenden, dafür vorgesehenen Spitzen der Vorzündanordnung befinden. In a preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the pre-ignition arrangement is arranged above the main contacts. This is advantageous because a protection of the main contacts is ensured because the main contacts are not in the range of thermal buoyancy of the arc column occurring. This ensures via the minimum principle of the arc, that its bases are always on the appropriate, provided for this purpose tips Vorzeündanordnung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters weist die Vorzündanordnung für jeden Hauptkontakt eine Vorzündeinrichtung auf. In a further preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the pre-ignition arrangement has a pre-ignition device for each main contact.
Die Vorzündeinrichtungen berühren sich dabei nicht, sondern sind derart konstruktiv ausgelegt, dass ein Zünden durch Überschreiten einer kritischen Feldstärke sicher erfolgt und zur Ausbildung eins Lichtbogens führt. Der Abstand zwischen den Vorzündeinrichtungen wird in Abhängigkeit vom Spannungssystem und der Nennspannung gewählt. Diese Ausgestaltung der Vorzündanordnung ist vorteilhaft, weil entsprechender Verschleiß durch Lichtbogenbildung im Bereich beider Hauptkontakte jeweils nur an den dafür vorgesehenen Vorzündeinrichtungen auftritt. The Vorzündeinrichtungen do not touch, but are designed so constructive that an ignition is done safely by exceeding a critical field strength and leads to the formation of an arc. The distance between the pre-ignition devices is chosen as a function of the voltage system and the rated voltage. This embodiment of the Vorzündanordnung is advantageous because corresponding wear occurs by arcing in the region of both main contacts only at the designated Vorzündeinrichtungen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters sind die die Vorzündeinrichtungen als Vorzündhörner ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, weil Vorzündhörner nur für das Kurzschlusseinschalten konzipiert und ausgelegt werden. Damit sind Vorzündhörner für die einwirkenden Belastungen bestens ausgestaltet und besonders für die Anwendung an Erdungsschaltern geeignet. In another preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the pre-ignition devices are designed as pre-ignition horns. This is advantageous because pre-ignition horns are designed and designed only for short circuit switching. This pre-ignition horns are well designed for the loads acting and especially suitable for use with earthing switches.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sind die Vorzündhörner im Wesentlichen in horizontaler Ausrichtung angebracht und dem jeweiligen Hauptkontakt zugeordnet. Dies ist ein Vorteil, weil auf diese Weise entstehende Lichtbögen ausschließlich im Bereich der Vorzündhörner entstehen. According to a preferred embodiment of the aforementioned embodiment, the Vorzündhörner are mounted substantially in horizontal alignment and associated with the respective main contact. This is an advantage because arcing in this way occurs only in the area of the pre-ignition horns.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters sind die Vorzündeinrichtungen als Lichtbogenhörner ausgebildet. Dies ist ein Vorteil, weil Lichtbogenhörner aus der Verwendung bei Trennschaltern, die gleichzeitig eine hohe Ausschaltstrombelastbarkeit aufweisen sollen, lange bekannt und erprobt sind. Die Verwendung von Lichtbogenhörnern ist insbesondere dann sinnvoll, wenn für Lasttrennschalter auch eine Kurzschlusseinschaltfestigkeit gefordert wird. Eine hohe Ausschaltstrombelastbarkeit können im Vergleich die Vorzündhörner nicht leisten, so dass diese Ausführungsform besonders für Erdungsschalter mit besonders hoher Kurzschlussfestigkeit geeignet ist. In a further preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the pre-ignition devices are designed as arcing horns. This is an advantage because arc horns have long been known and tested for use with circuit breakers which are intended to have a high Ausschaltstrombelastbarkeit simultaneously. The use of arcing horns is particularly useful if a short-circuit withstand voltage is required for load-break switches. A high Ausschaltstrombelastbarkeit can not afford the Vorzündhörner in comparison, so that this embodiment is particularly suitable for earthing switch with a particularly high short-circuit resistance.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters sind die Lichtbogenhörner im Wesentlichen in vertikaler Ausrichtung angebracht und dem jeweiligen Hauptkontakt zugeordnet. Dies ist ein Vorteil, weil dadurch Lichtbögen ausschließlich im Bereich der Lichtbogenhörner entstehen. Diese Lichtbögen werden durch den thermischen Auftrieb nach oben entlang der Lichtbogenhörner getrieben und gelangen schließlich zu den Enden der Lichtbogenhörner, die für den Verschleiß vorgesehen sind. In another preferred embodiment of the grounding switch according to the invention, the arc horns are mounted substantially in vertical alignment and associated with the respective main contact. This is an advantage because it creates arcs only in the area of the arc horns. These arcs are driven by the thermal buoyancy up along the arc horns and get finally, to the ends of the arcing horns that are intended for wear.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters ist der Erdungsschalter geeignet, mehrfach eine Kurzschlusseinschaltung vorzunehmen. Ein erfindungsgemäßer Erdungsschalter verträgt einmaliges oder mehrmaliges Einschalten eines Kurzschlusses, was ein Vorteil gegenüber bekannten Erdungsschaltern ist, die durch eine Kurzschlusseinschaltung i.d.R. beschädigt werden. Der erfindungsgemäße Erdungsschalter ist daher besonders wartungsarm und kurzschlusssicher. In a further preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the earthing switch is suitable for making a short-circuit closing several times. A grounding switch according to the invention is able to switch on a short circuit once or several times, which is an advantage over known earthing switches, which are triggered by a short-circuit switch i.d.R. to be damaged. The grounding switch according to the invention is therefore particularly low maintenance and short-circuit protection.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters ist die Einschaltgeschwindigkeit des Erdungsschalters derart gewählt, dass ein Kurzschluss mit Lichtbogenbildung an der Vorzündanordnung mittels eines im Bahnstromnetz dem Erdungsschalter zugeordneten Leistungsschalters erkennbar und abschaltbar ist, bevor sich die Hauptkontakte des Erdungsschalters berühren. Anstatt eines Leistungsschalters kann auch ein so genannter Schnellschalter verwendet werden. In a further preferred embodiment of the grounding switch according to the invention, the turn-on speed of the earthing switch is selected so that a short circuit with arcing at the Vorzündanordnung by means of a circuit in the power circuit earthing switch associated circuit breaker recognizable and can be disabled before touching the main contacts of the earthing switch. Instead of a circuit breaker and a so-called quick switch can be used.
Erzielt wird dieser Effekt dadurch, dass in einem Bahnstromnetz vorhandene Leistungsschalter einen Kurzschluss – wie er bei Entstehung eines Lichtbogens an der Vorzündanordnung vorliegt – erkennen können. Die Leistungsschalter würden dann den Kurzschluss entsprechend unterbrechen, so dass beim Schließen der Hauptkontakte bereits der Lichtbogen gelöscht und die Hauptkontakte stromfrei sind. Leistungsschalter und auch spezielle Schnellschalter sind im Allgemeinen in der Lage, eine Schutzauslöse- und Stromabschaltzeit von typischerweise weniger als 100 ms einzuhalten. Eine Strombelastung der Hauptkontakte des Erdungsschalters würde folglich nur im Falle eines Schaltversagens der speisenden Leistungsschalter auftreten. Tritt ein Schaltversagen eines Leistungsschalters ein, so greift ein Reserveschutz. Das führt in den Unterwerken in der Regel zu einem Auslösen des Leistungsschalters auf der Eingangsseite. Dessen Schalteigenzeiten betragen zwar nur 20 ms, jedoch können sich durch weitere Verarbeitungs- bzw. Mitnahmezeiten die Gesamtstromflussdauer verlängern. Diese Fehler sind für ein an sich bereits unwahrscheinliches Ereignis einer Kurzschlusseinschaltung durch die Erdungsschalter mit einer äußerst geringen Wahrscheinlichkeit anzusetzen und spielen im Alltagsbetrieb kaum eine Rolle. This effect is achieved by virtue of the fact that circuit breakers in a traction current network can detect a short circuit, as occurs when an arc occurs at the pre-ignition arrangement. The circuit breakers would then interrupt the short circuit accordingly, so that when closing the main contacts already deleted the arc and the main contacts are de-energized. Circuit breakers and also special high-speed switches are generally capable of meeting a protection trip and power down time of typically less than 100 ms. A current load of the main contacts of the earthing switch would therefore only occur in the event of a switching failure of the power circuit breakers. If a switching failure of a circuit breaker occurs, a backup protection is activated. In the substations, this usually causes the circuit breaker to trip on the input side. Although their switching times are only 20 ms, the total current flow time can be extended by further processing or transfer times. These errors are to be set for an already unlikely event of a Kurzschlusseinschaltung by the earthing switch with an extremely low probability and play little role in everyday life.
Im Gleichspannungsbereich liegen Abschaltzeiten für hohe Kurzschlussströme von zum Beispiel mehr als 20 kA im Bereich von 20 bis 30 ms. Häufig werden sogar Ströme binnen weniger als 20 ms abgeschaltet. In the DC voltage range, switch-off times for high short-circuit currents of, for example, more than 20 kA are in the range of 20 to 30 ms. Frequently, even currents are switched off within less than 20 ms.
Auch im Wechselspannungsbereich spricht man heute bei einer Schnellabschaltung für hohe Kurzschlussströme über Abschaltzeiten im Bereich von 20 bis 60 ms bei einer mittleren Ausschaltdauer von 40 ms. Even in the AC voltage range today is spoken in an emergency shutdown for high short-circuit currents over shutdown times in the range of 20 to 60 ms with a mean turn-off of 40 ms.
Die Abschaltzeit eines speisenden Leistungsschalters hängt neben der Stromamplitude selbst auch von der Stromflussrichtung, Stromanstieg und der gemessenen Schleifenimpedanz ab. Diese zusätzlichen Messwertverarbeitungsalgorithmen werden jedoch nur für geringere Amplituden wirksam. Anderenfalls würde der Kurzschluss mit hohen Amplituden größere Schäden anrichten. Ziel der Impedanzmessungen ist die sichere Kurzschlussdetektion in der gesamten zugehörigen Schaltgruppe auch für geringere Kurzschlussströme und Unterscheidbarkeit von hohen Betriebsströmen. Diese Impedanzstufen bringen in der Regel zw. 20 und 30 ms Verzögerungszeit mit sich, so dass die Kurzschlussstromflussdauer bis max. 100 ms betragen kann (20 ms bis 60 ms + 30 ms). The turn-off time of a power circuit-breaker depends not only on the current amplitude but also on the direction of current flow, the current increase and the measured loop impedance. However, these additional measurement processing algorithms only become effective for lower amplitudes. Otherwise, the short circuit with high amplitudes would cause greater damage. The aim of the impedance measurements is reliable short-circuit detection in the entire associated switching group, even for lower short-circuit currents and the distinctiveness of high operating currents. These impedance stages generally entail between 20 and 30 ms delay time, so that the short-circuit current flow duration up to max. 100 ms (20 ms to 60 ms + 30 ms).
Aus dieser einfachen Überschlagsrechnung ergibt sich vorgenannte Abschätzung von weniger als 100 ms Abschaltzeit eines Leistungsschalters. From this simple rough calculation results the aforementioned estimate of less than 100 ms shutdown time of a circuit breaker.
Der Erdungsschalter ist in dieser Ausführungsform daher darauf ausgelegt, dass seine Schließgeschwindigkeit vergleichsweise so langsam ist, dass ein entsprechender Lichtbogen bereits sicher durch einen Leistungsschalter abgeschaltet ist, bevor sich die Hauptkontakte schließen. Ein Schließen der Hauptkontakte wird bevorzugt nach etwa 200 bis 250 ms erreicht. Wesentlich ist für diese Ausführungsform folglich die Kombination der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Erdungsschalters mit den Eigenschaften gängiger Leistungsschalter. The earthing switch is therefore designed in this embodiment that its closing speed is relatively slow so that a corresponding arc is already safely shut down by a circuit breaker before the main contacts close. Closing of the main contacts is preferably achieved after about 200 to 250 ms. It is essential for this embodiment, therefore, the combination of the properties of the grounding switch according to the invention with the properties of common circuit breakers.
Somit ist beim erfindungsgemäßen Erdungsschalter durch eine einfache konstruktive Lösung gegenüber bisherigen Erdungsschaltern eine einfachere und kostengünstigere Lösung für Anwendungen eines Erdungsschalters mit Kurzschlusseinschaltung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist es, vom Antrieb her vergleichsweise einfach aufgebaut zu sein, weil insbesondere keine Sprungschaltfunktion des Erdungsschalters auf Basis von Federspeicherantrieben benötigt wird, um den Schließvorgang der Hauptkontakte zu beschleunigen und somit die Belastung durch einen auftretenden Lichtbogen zu verringern. Thus, a simpler and more cost-effective solution for applications of a grounding switch with Kurzschlusseinschaltung is possible with the grounding switch according to the invention by a simple design solution over previous earthing switches. Another advantage of this design is to be relatively simple in design from the drive, because in particular no snap-action function of the earthing switch is required based on spring drives to accelerate the closing operation of the main contacts and thus reduce the burden of an occurring arc.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters weist die die Vorzündanordnung lösbar anbringbare Abbrandelemente auf. In a further preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the burn-up elements that can be detachably attached to the pre-ignition arrangement have.
Dies ist ein Vorteil, weil die Abbrandelemente an einer Vorzündanordnung angebracht und leicht ausgetauscht werden können, ohne dass entsprechende Lichtbogenhörner der Vorzündanordnung ausgetauscht werden müssen. Hierdurch sinken sowohl in der Fertigung der Abbrandelemente als auch in der Wartung der Vorzündanordnung Kosten, da nun nur die Abbrandelemente ausgetauscht werden müssen. This is an advantage because the burn-off elements are attached to a Vorzündanordnung and light can be replaced without the corresponding arc horns of Vorzündanordnung must be replaced. As a result, both in the production of Abbrandelemente and in the maintenance of Vorzündanordnung costs, since now only the Abbrandelemente must be replaced.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass beim Austausch der Abbrandelemente keine Neujustierung der kompletten Vorzündanordnung erfolgen muss, was Zeit und Kosten in der Wartung einspart. Des Weiteren wird die technische Verfügbarkeit des Fahrleitungssystems erhöht. Another advantage is that when replacing the Abbrandelemente no readjustment of the entire Vorzündanordnung must be done, which saves time and costs in maintenance. Furthermore, the technical availability of the catenary system is increased.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform weisen die Abbrandelemente ein Innengewinde auf und können nach Art einer Schraubverbindung an der Vorzündanordnung angebracht werden können. Eine solche Schraubverbindung ist dadurch vorteilhaft, dass durch die Verschraubung einerseits eine langfristig sichere Arretierung des Abbrandelements an der Vorzündanordnung gewährleistet wird und andererseits das Abbrandelement leicht ausgetauscht werden kann. In a preferred embodiment of the aforementioned embodiment, the Abbrandelemente on an internal thread and can be attached to the Vorzündanordnung in the manner of a screw connection. Such a screw connection is advantageous in that on the one hand a long-term secure locking of the Abbrandelements is ensured by the screw on the Vorzündanordnung and on the other hand, the Abbrandelement can be easily replaced.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters ist die Länge der Abbrandelemente entsprechend einer erwarteten Kurzschlusseinschalthäufigkeit des Erdungsschalters bemessen. Dies ist ein Vorteil, weil so abhängig von Kunden- oder Projektanforderungen in Bezug auf die Schalthäufigkeit der Vorzündanordnung ein Abbrandelement geeigneter Länge gewählt werden kann, um beispielsweise ein vorgegebenes Wartungsintervall auch bei starker Beanspruchung der Abbrandelemente ohne zusätzliche Wartung einzuhalten. In another preferred embodiment of the earthing switch according to the invention, the length of the erosion elements is dimensioned according to an expected short-circuit closing frequency of the grounding switch. This is an advantage because depending on customer or project requirements with respect to the switching frequency of Vorzündanordnung a Abbrandelement suitable length can be selected to comply, for example, a predetermined maintenance interval even with heavy use of Abbrandelemente without additional maintenance.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters umfassen die Abbrandelemente als Material einen dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff. Dies ist ein Vorteil, weil so das Ausschalten von Betriebsströmen optimiert werden kann. Die Abbrandelemnte aus dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff weisen gegenüber reinem Kupfer eine höhere Temperatur- und damit Lichtbogenbeständigkeit auf, was zu einer längeren Nutzbarkeit der der Vorzündanordnung ohne Wartungsaufwendungen führt. Ein weiterer Vorteil ist es, das die Abbrandelemente aus dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff im Vergleich zu bekannten Spitzen aus Wolfram außerdem preislich deutlich günstiger im Einkauf sind. In another preferred embodiment of the grounding switch according to the invention, the burn-off elements comprise as material a dispersion-hardened copper material. This is an advantage because it can optimize the switching off of operating currents. The Abbrandelemnte from dispersion strengthened copper material have over pure copper to a higher temperature and thus arc resistance, which leads to a longer usability of the Vorzündanordnung without maintenance costs. Another advantage is that the Abbrandelemente of dispersion strengthened copper material compared to known tips made of tungsten are also priced significantly cheaper in purchasing.
Die Herstellung dieses Materials erfolgt pulvermetallurgisch durch Reaktionsmalen; bekannt sind beispielsweise CEP DISCOP Hochleistungs-Kupferwerkstoffe der Compound Extrusion Products GmbH in Freiberg (Anwendungsbroschüre 09/09). Die Verwendung dieses hitzebeständigen Materials ist vorteilhaft, weil es die Wartungshäufigkeit für die Abbrandelemente verringert. The preparation of this material is powder metallurgically by reaction times; For example, CEP DISCOP high-performance copper materials from Compound Extrusion Products GmbH in Freiberg are known (application brochure 09/09). The use of this refractory material is advantageous because it reduces the frequency of maintenance of the consumable elements.
Die Verwendung von dispersionsverfestigtem Kupferwerkstoff ist weiterhin dadurch vorteilhaft, dass sich dieser durch eine hohe Verschleißfestigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Beispiele für einen hitzebeständigen Kupferwerkstoff sind dispersionsverfestigte Kupferwerkstoffe, die insbesondere eine wesentlich verringerte Härte bei 20°C nach Abkühlung nur dann aufweisen, wenn der dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff zuvor 1 Stunde auf über 800°C erhitzt wurde. Ein solcher dispersionsverfestigter Kupferwerkstoff mit einer besonders hohen Hitzebeständigkeit ist beispielsweise von den Legierungen CEP DISCOP C3/11 und C3/80 der Compound Extrusion Products GmbH in Freiburg bekannt (Anwendungsbroschüre 09/09). The use of dispersion-strengthened copper material is further advantageous in that it is characterized by high wear resistance and high temperature resistance. Examples of a heat-resistant copper material are dispersion-hardened copper materials which, in particular, have a substantially reduced hardness at 20 ° C. after cooling only when the dispersion-hardened copper material was previously heated to above 800 ° C. for 1 hour. Such a dispersion-hardened copper material with a particularly high heat resistance is known, for example, from the alloys CEP DISCOP C3 / 11 and C3 / 80 from Compound Extrusion Products GmbH in Freiburg (application brochure 09/09).
Dabei ist der dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff für eine spanende Bearbeitung geeignet. Dies ist ein Vorteil, weil solche dispersionsverfestigten Kupferwerkstoffe hervorragend bearbeitbar sind und mit kurzer und gleichmäßiger Spanbildung spanend ausgeformt werden können. Bekannte Wolframkupfermaterialien können im Vergleich dazu aufgrund ihrer Härte nicht spanend bearbeitet werden. Die spanende Bearbeitbarkeit der dispersionsverfestigten Kupferwerkstoffe gestattet beispielsweise im Herstellungsprozess das Ausbilden eines Hohlraumes und ggf. eines Innengewindes, um das Abbrandelement später lösbar anbringen zu können. The dispersion-hardened copper material is suitable for machining. This is an advantage because such dispersion-strengthened copper materials are excellently workable and can be formed by machining with short and uniform chip formation. Known tungsten copper materials, by comparison, can not be machined due to their hardness. The machinability of the dispersion-strengthened copper materials allows, for example, in the manufacturing process, the formation of a cavity and possibly an internal thread in order to attach the Abbrandelement later detachable can.
Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erden eines Teils einer Bahnstromanlage mittels eines Erdungsschalters nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- – bei an dem Teil der Bahnstromanlage anliegender Spannung wird beim Schließen des Erdungsschalters ein einen Kurzschluss über die Vorzündanordnung bildender Lichtbogen gezündet und
- – der Kurzschluss wird durch in der Bahnstromanlage vorhandene Leistungsschalter abgeschaltet, so dass die Hauptkontakte des Erdungsschalters vor ihrer Berührung stromfrei sind.
- - When voltage applied to the part of the traction current system when closing the earthing switch ignited a short circuit on the Vorzündanordnung forming arc and
- - The short circuit is switched off by existing in the traction current circuit breaker, so that the main contacts of the earthing switch are de-energized before their contact.
Es ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für den erfindungsgemäßen Erdungsschalter beschrieben. The same advantages as described in the introduction for the earthing switch according to the invention are obtained analogously for the method according to the invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt, dabei zeigt Embodiments of the invention are shown schematically in the figures, in which shows
In der
In
In
Ein bestehender Lichtbogen führt in der Regel dazu, dass ein zugeordneter Leistungsschalter (nicht gezeigt) den Kurzschluss erkennt und rasch abschaltet. Auf diese Weise wird ein bestehender Lichtbogen zwischen den Vorzündhörnern
Die
Eine der Unterstationen
Alle Unterstationen
Die Leistungs- oder Schnellschalter
Schalter, für die die Funktion des Kurzschlusseinschaltens gefordert ist, müssen konstruktiv anders ausgelegt werden. Switches for which the short-circuit switching function is required must be designed differently.
Kennzeichen dieser Schalter ist eine Art Sprungschalt- oder Schnellschaltfunktion zum Erreichen einer schnellen Kontaktbewegung. Konstruktive Lösungsansätze zeigt o.g. Schalter Typ FES 3-20-1 B der Fa. Driescher. Wird ein Trennschalter ohne derartige Konstruktionsanforderungen eingesetzt für Anforderungen nach Kurzschlusseinschaltung, wird der Kontakt in der Regel thermisch überlastet und zerstört. Das liegt daran, dass der Antrieb des Schalters als Schleichantrieb den beweglichen Schaltkontakt zu langsam bewegt und damit der entstehende Lichtbogen zu lange steht und oftmals zusätzlich durch die wirksamen Stromkräfte am Einlaufen gehindert wird. Über Typprüfungen wird die Funktion der Kurzschlusseinschaltfestigkeit in der Regel für das Produkt nachgewiesen. Die Stromflussdauer beträgt in diesen Fällen zwischen 250 ms für Gleichspannungsbahnstromsysteme und 1000 ms für Wechselstrombahnsysteme. Diese Zeiten entsprechen jedoch nicht den realen Praxisbedingungen sondern enthalten Sicherheitszuschläge. Wie bereits dargelegt wird das Zuschalten einer unter Spannung stehenden Fahrleitung durch Verriegelungen vermieden und tritt nur in Notfällen oder Ausnahmesituationen ein. Man kann daraus ableiten, dass die Häufigkeit derartiger Schaltungen sehr gering ist. Eine wiederholte bzw. mehrmalige Funktion von mehr als zwei "Fehlschaltungen" ohne Wartung ist nicht gegeben bzw. notwendig. Characteristic of this switch is a kind of snap-action or quick-switching function to achieve a rapid contact movement. Constructive solutions are shown above switch type FES 3-20-1 B of the company Driescher. If a circuit breaker without such design requirements is used for short circuit on demand, the contact is typically thermally overloaded and destroyed. This is due to the fact that the drive of the switch as a crawler drive moves the movable switching contact too slowly and thus the resulting arc is too long and is often prevented in addition by the effective current forces at the entry. Through type tests, the function of the short-circuit withstand voltage is usually proven for the product. The current flow time in these cases is between 250 ms for DC traction current systems and 1000 ms for AC rail systems. However, these times do not correspond to the real practice conditions but contain security surcharges. As already stated, the connection of a live overhead line by interlocks is avoided and occurs only in emergencies or exceptional situations. It can be deduced that the frequency of such circuits is very low. A repeated or repeated function of more than two "faulty circuits" without maintenance is not given or necessary.
Der erfindungsmäße Erdungsschalter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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