PETERS, Hauke (Sandgasse 10, Hanau, 63457, DE)
BRAUN, Thomas (Feldbergblick 22, Nieder Erlenbach, 60437, DE)
THOMAS, Volker (Fritz-Erler-Str. 25, Hanau, 63456, DE)
SCHÖNBERG, Tobias (Am Stelzenbach 2, Oberelbert, 56412, DE)
BETZ, Thomas (Vogelsbergstr. 77, Langenselbold, 63505, DE)
PETERS, Hauke (Sandgasse 10, Hanau, 63457, DE)
BRAUN, Thomas (Feldbergblick 22, Nieder Erlenbach, 60437, DE)
THOMAS, Volker (Fritz-Erler-Str. 25, Hanau, 63456, DE)
SCHÖNBERG, Tobias (Am Stelzenbach 2, Oberelbert, 56412, DE)
| Patentansprüche 1. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage mit einem Gehäuse mit je einem Schaltermodul mit Antrieb für jede Phase, mit wenigstens einer Sammelschiene, mit einem Steuerungsmodul, mit einem Kabelabgang, mit einem Stromwandler sowie mit einem Trennschalter (16, 40, 54) und mit einem Erdungsschalter (24, 42, 58) jeweils für jede Phase, wobei der Trennschalter (16, 40, 54) und der Erdungsschalter (24, 42, 58) räumlich und konstruktiv von einander getrennt und von einem gemeinsamen Antrieb (32, 63) betätigbar sind. 2. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass der Trennschalter (16, 40, 54) eine höhere Stromtragfähigkeit als der Erdungsschalter (24, 42, 58) aufweist. 3. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die höhere Stromtragfähigkeit des Trennschalters (16, 40, 54,) durch einen größeren Kontaktquerschnitt des Trennschalters (24, 42, 58,) gegenüber dem Erdungsschalter (24, 42, 58,) bewirkt ist. 4. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (40) und der Erdungsschalter (42) konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei der Trennschalter (40) den Erdungsschalter (42) konzentrisch im Abstand umgibt. 5. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (16) als Linientrenner mit zwei hufeisenförmigen festen Trennkontaktstücken (12, 14) ausgebildet ist, zwischen welche ein bewegliches Trennkontaktstück (22) zur Kontaktierung einführbar ist, und dass das feste Kontaktstück (26) des Erdungsschalters (24) eine zylinderförmige Ausnehmung (28) aufweist, in welche das bewegliche Erdungskontaktstück (30) als Stiftkontakt zur Kontaktierung eingreift. 6. Gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (54) als Schubtrenner ausgebildet ist mit einem topfähnlichen festen Trennkontaktstück 62), in welches das bewegliche Trennkontaktstück (52) zur Kontaktierung einschiebbar ist, und dass der Erdungsschalter (58) als zylinderförmige Ausnehmung (58) in einem Kontaktkörper (60) ausgebildet ist, in welche ein bewegliches Erdungskontaktstück ((56) einführbar ist. 7. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (54) und der Erdungsschalter (58) einen gemeinsamen Kontaktkörper (60) besitzen, der als Festkontaktstück zur Erdung dient. 8. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Trennschalters (54) und des Erdungsschalters (58) gegeneinander verriegelt ist, so dass stets höchstens einer der beiden Schalter geschlossen ist. 9. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Trennkontaktstück in dem gemeinsamen Kontaktkörper (60) von Trennschalter (66) und Erdungsschalter (68) längsverschieblich geführt ist. 10. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kontaktköper (60) das bewegliche Trennkontaktstück (52) vollständig in sich aufnimmt. 11. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kontaktköper (60) gleichförmig gestreckt ist. 12. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kontaktkörper partiell abgewinkelt ist. 13. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwinklung des gemeinsamen Kontaktkörpers so vorgesehen ist, dass der Verschiebeweg des beweglichen Trennkontaktstückes ungehindert möglich ist und der zugehörige Betätigungsantrieb ausreichend Platz findet. 14. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der beweglichen Kontaktstücke (22, 44, 52) des Trennschalters (16, 40, 54) und der beweglichen Kontaktstücke (30, 46, 56) des Erdungsschalters (24, 42, 58) ein Hub-Dreh-Antrieb vorgesehen ist, der eine Drehbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt bewirkt. 15. Dreiphasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der beweglichen Kontaktstücke (22, 44) des Trennschalters (16, 40, 54) und der beweglichen Kontaktstücke (30, 46) des Erdungsschalters eine Schaltwippe (32) vorgesehen ist, mittels welcher nur ein bewegliches Kontaktstück (22, 30, 44, 46) die zugeordnete Kontaktstelle kontaktiert und das andere bewegliche Kontaktstück (22, 30, 44, 46) von der zugeordneten Kontaktstelle entfernt ist, so dass ein gleichzeitiges Schließen der für jedes bewegliche Kontaktstück (22, 30, 44, 46) vorgesehenen Kontaktstellen verhindert ist. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine 3-phasige gasisolierte Hochspannungsschaltanlage mit je einem Schaltermodul mit Antrieb für jede Phase, mit wenigstens einer Sammelschiene, mit einem Steuerungsmodul, mit einem Kabelabgang, mit einem Stromwandler sowie mit einem Trennschalter und mit einem Erdungsschalter jeweils für jede Phase.
Es ist allgemein bekannt, dass gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen zum Einsatz kommen, wenn der verfügbare Platz begrenzt ist und daher weitläufige Freiluftschaltanlagen nicht in Betracht kommen. Hier erweisen sich die besonderen mit gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen gegebenen minimalen Platzanforderungen als Vorteil.
Die gemessen an der Schaltleistung kompakten Abmessungen, welche durch die Isolation mit Isoliergas, insbesondere SF 6 , erreicht werden, lassen für gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen vergleichsweise kleine Baugrößen zu. Günstig hierbei ist deren kompakte modulare Bauweise, welche bei hoher Energieeffizienz, das heißt bei niedrigen elektrischen Verlusten, die Installation der gasisolierten Hochspannungsschaltanlage nahe beim Ort des Energieverbrauchs ermöglicht.
Als weitere Vorteile sind die hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit und damit weniger Stromausfälle anzuführen, welche weder in von Erdbeben bedrohten Gebieten noch durch Umweltverschmutzung oder durch Salznebel in Küstenregionen beeinträchtigt werden.
Niedrige Betriebskosten und minimaler Wartungsaufwand bei hohem Sicherheitsniveau für das Bedienpersonal aufgrund der kompletten Kapselung aller mit Hochspannung beaufschlagten Teile ergänzen die Auflistung der Vorteile von gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen.
B β &τλτtaυNQ8κope Im Wesentlichen bestehen gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen aus einem Leistungsschalter mit einem Antrieb, einem Trenn-/Erdungsschalter, welche getrennt oder in Kombination angeordnet sind und einer Schaltersteuerung.
Aus der EP 0 824 264 B1 ist ein Trenn-/Erdungsschalter-Modul für gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen bekannt geworden, das in einem separaten Gehäuse mit T- Form angeordnet ist. Darin ist das bewegliche Kontaktstück als Schubkontaktstück in einem ortsfesten Leiterteil mit Antrieb geführt. Um eine Platz sparende kompakte Bauform zu ermöglichen, ist das ortsfeste Leiterteil schräg im Inneren des Trenn- /Erdungsschalter-Gehäuses angeordnet, was zur Bezeichnung Schrägschubtrenner geführt hat.
Hierbei sind für das Schubkontaktstück zwei Endstellungen vorgesehen, nämlich eine erste Endstellung, in welcher das Schubkontaktstück in das Trenn-Kontaktstück eintaucht und so den Stromkreis schließt, und eine zweite, in welcher durch Einstecken des Schubkontaktstückes in den Erdkontakt die Erdung erfolgt.
Wenn der Stromkreis durch den Leistungsschalter unterbrochen ist, kann das Schubkontaktstück aus dem Trenn-Kontaktstück herausgezogen werden und durch anschließendes Einstecken in das Erdungskontaktstück den durch den Leistungsschalter von der Stromversorgung abgeschnittenen Stromkreis trennen und mit dem Erdleiter verbinden.
Nachteilig beim bekannten Trenn-/Erdungsschalter ist, dass die Stromtragfähigkeit des zur Verbindung mit dem Trenn-Kontaktstück vorgesehenen Schubkontaktstückes direkt mit der Kurzschlussfestigkeit des Erdungskontaktes verknüpft ist, das heißt, dass der Erdungskontakt unnötigerweise für eine höhere elektrische Schaltleistung dimensioniert ist als an sich erforderlich beziehungsweise dass die an sich erwünschte höhere Stromtragfähigkeit des Trennschalters in Anbetracht des Erdungsschalters und des für dessen Funktion an sich nicht erforderlichen Aufwands hierbei nicht verwirklicht werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für eine gasisolierte Hochspannungsschaltanlage einen Trennschalter anzugeben, der bei deutlich höherer Stromtragfähigkeit sehr kompakt gestaltet ist, so dass das erforderliche Gesamtvolumen der Schaltanlage nicht oder allenfalls unwesentlich erhöht ist. Ferner soll die Erdungsfunktion der Schaltanlage gewährleistet sein, wobei deren Herstellaufwand möglichst gering gehalten werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dementsprechend ist vorgesehen, dass der Trennschalter und der Erdungsschalter zwar räumlich und konstruktiv von einander getrennt sind, dass sie aber von einem gemeinsamen Antrieb betätigbar sind. Dabei erfolgt die Betätigung wechselweise, das heißt entweder wird der Kontakt zwischen dem mit dem Abgang verbundenen Trennkontakt und dem zugangsseitigen stromführenden Leiterkontakt hergestellt oder diese Verbindung wird getrennt und der Abgang wird mit dem Erdungskontakt verbunden.
Unter zugangsseitig wird in diesem Zusammenhang die Schalterseite verstanden, welche mit der Hochspannungsstromversorgung verbunden ist. Demgegenüber dient jeder Trenn- und Erdungsschalter zur Verbindung mit der Abgangsseite beziehungsweise mit Erdpotential, um so den betreffenden Zweig der Schaltanlage stromlos und spannungsfrei zu schalten. Häufig schließen an eine Zugangsseite mehrere Abgänge an.
Hier und im Weiteren ist stets die dreiphasige Ausführung der Schaltanlage beziehungsweise des betreffenden Schaltanlagenmoduls gemeint, auch wenn nur von einem einzelnen Kontakt die Rede ist, das heißt, außer in den Fällen, in denen ausdrücklich auf eine bestimmte einphasige oder einpolige Ausführung abgestellt wird, ist stets die 3-Phasigkeit der betreffenden Komponenten gemeint.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Trennschalter eine höhere Stromtragfähigkeit als der Erdungsschalter auf. Dies wird dadurch erreicht, dass die höhere Stromtragfähigkeit des Trennschalters durch einen größeren Kontaktquerschnitt des Trennschalters im Vergleich mit dem Erdungsschalter bewirkt ist.
Während seither der Vorteil darin gesehen wurde, dass zur Betätigung von beweglichem Trennkontaktstück und Erdungskontaktstück möglichst ein einziger Antrieb erforderlich ist, was im Stand der Technik beispielsweise dadurch erreicht worden ist, dass nur ein einziges bewegliches Kontaktstück zur Kontaktierung von Trennkontakt und Erdungskontakt vorgesehen ist, welches von einem einzigen Antrieb mittels Drehspindel oder mittels Zahnstangenantrieb betätigt wird, hat die aktuelle Entwicklung diesen Weg verlassen und greift zu anderen Möglichkeiten.
Selbstverständlich liegt das erfindungsgemäße Bestreben darin, auch weiterhin nur einen einzigen Antrieb vorzusehen, jedoch sieht die Erfindung vor, die Betätigung durch den einzigen Antrieb mittels Übertragungselementen so zu gestalten, dass die voneinander getrennten beweglichen Kontaktstücke wechselweise von dem gemeinsamen Antrieb beaufschlagt werden.
Dieser einzige Antrieb zur Betätigung des beweglichen Trenn- und des beweglichen Erdungskontaktes ist im Rahmen der Erfindung für alle drei Phasen vorgesehen, welche von dem betreffenden Gehäuse gemeinsam umfasst sind. Mit anderen Worten, die Betätigung der beweglichen Trenn- und der beweglichen Erdungskontakte aller drei Phasen erfolgt durch einen einzigen Antrieb, der zur Übertragung auf die Schaltelemente der einzelnen Phasen entsprechend mit diesen mechanisch gekoppelt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen gasisolierten Hochspannungsschaltanlage ist demgemäß der Trennschalter als Linientrenner mit hufeisenförmigen Kontaktstücken ausgebildet, das heißt, der bewegliche Kontakt des Trennschalters wird entlang einer geraden Linie in das zugangsseitige Festkontaktstück beziehungsweise aus diesem heraus bewegt.
Zusätzlich ist der abgangsseitige Festkontakt des kombinierten Schalters mit einer Bohrung versehen, in welche der Erdungsschalter als Stiftkontakt zur Kontaktierung eingreift. Der Querschnitt des Stiftkontaktes ist dabei auf die reine Erdungsfunktion ausgelegt und entsprechend kleiner als der Querschnitt des Trennkontaktstückes.
Über einen entsprechenden Mechanismus, zum Beispiel eine Schaltwippe beziehungsweise ein Wippengetriebe, können die beweglichen Kontaktstücke je Schalter beziehungsweise Schalterpol wechselweise betätigt werden. Der wesentliche Vorteil, der mit der vorstehend beschriebenen Kontaktgestaltung erzielt wird, ist der gegenüber dem Stand der Technik deutlich geringere Raumbedarf für die beiden Kontakte. Der aus dem Stand der Technik bekannte Trenn- und Erdungsschalter erfordert aufgrund des linearen Verstellweges des beweglichen Kontaktstückes eine Bewegungsstrecke, deren Länge wenigstens dem 7-fachen der Mindesttrennstrecke entspricht.
Dagegen ist der Raumbedarf für die neue Gestaltung mit einem Linientrenner mit hufeisenförmigen Kontaktstücken, die einander gegenüber mit einfachem Trennabstand angeordnet sind, und einem als Stiftkontakt ausgebildeten Erdungsschalter, der in eine entsprechend vorgesehene Bohrung im Trennschalter zur Kontaktierung eintaucht, mit dem fünffachen der Trennstrecke deutlich geringer.
Daraus folgt, dass mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes lediglich der sich aus dem Spannungsniveau ergebende Mindestabstand der zu verbindenden beziehungsweise zu trennenden Kontakte eingehalten werden muss.
Die hufeisenförmigen Festkontaktstücke sind hierbei mit dem vom Leistungsschalter kommenden zugangsseitigen Leiter einerseits sowie mit dem abgehenden Leiterstück andererseits verbunden, wobei die Öffnungen der hufeisenförmigen Kontaktstücke aufeinander zu gerichtet sind. Um also die elektrische Verbindung des zugangsseitigen und des abgangsseitigen Kontaktes des Trennschalters zu bewirken, wird das bewegliche Kontaktstück des Trennschalters in die Kontaktstelle zur Kontaktierung der Kontakte hineingeschwenkt oder seitlich, das heißt quer zu dessen Längsachse, bewegt.
An dem mit dem abgehenden Leiter verbundenen Festkontaktstück ist im Abstand zu dem Hufeisen-Kontakt die erwähnte Aufnahmebohrung für das stiftförmige Erdungskontaktstück angeordnet. Selbstverständlich kann das bewegliche Erdungskontaktstück auch röhrenförmig ausgebildet sein. Lediglich der verfügbare Wandquerschnitt muss ausreichend an die für die Erdung erforderliche Mindeststromtragfähigkeit angepasst sein. Gegenüber der Kontaktfläche der Aufnahmebohrung für das Erdungskontaktstück sind die jeweils einander zugeordneten Trenn-Festkontaktstücke größer ausgeführt, das heißt, sie haben einen größeren Kontaktierungsquerschnitt durch entsprechende Vergrößerung der Öffnungsweite. Dementsprechend weist das hierin eintauchende bewegliche Trennkontaktstück ebenfalls einen größeren Durchmesser und damit eine größere Umfangsfläche als Kontaktfläche zur Kontaktierung der Festkontaktstücke auf.
Bei Beaufschlagung durch die Schaltwippe beziehungsweise das Wippengetriebe wird das bewegliche Trennkontaktstück aus der Neutral- beziehungsweise Erdungsposition auf die Festkontaktstücke zu bewegt und zwischen die einander gegenüberliegend angeordneten hufeisenförmigen Festkontaktstücke per Schwenk oder Lateralverschiebung eingeschoben, während das bewegliche Erdungskontaktstück in entgegengesetzter Richtung achsparallel zu dessen Längsachse bewegt wird.
Nur wenn mit dem Leistungsschalter die Stromversorgung unterbrochen worden ist, kann das bewegliche Trennkontaktstück ohne Gefahr einer Beschädigung in Trennstellung bewegt werden, das heißt, von den Festkontaktstücken entfernt sowie im weiteren Verlauf das stiftförmige Erdungskontaktstück vom Wippenantrieb zur Kontaktierung in die hierfür vorgesehene Bohrung eingeschoben werden.
Auf diese Weise bietet diese Ausführungsform der gasisolierten Hochspannungsschaltanlage gemäß der Erfindung eine raumsparende Lösung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen gasisolierten Hochspannungsschaltanlage sind der Trennschalter und der Erdungsschalter konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Trennschalter den Erdungsschalter konzentrisch im Abstand umgibt.
Hieraus wird klar, dass der radial außenbefindliche Trennkontakt zwangsläufig einen größeren Kontaktquerschnitt besitzt als der zentral angeordnete Erdungskontakt. Bei dieser Gestaltungsvariante ist die Kontaktierung jeweils ebenfalls mit zwei unterschiedlichen Kontaktstücken bewirkt, welche gegenläufig bewegt werden, so dass, wie zuvor bereits ausgeführt, stets nur eine Kontaktstelle geschlossen ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser konzentrischen Kontaktanordnung besteht in dem erheblich geringeren Raumbedarf für die sichere Trennung. Während der aus dem Stand der Technik bekannte Trenn- und Erdungsschalter aufgrund des linearen Verstellweges des beweglichen Kontaktstückes eine Bewegungsstrecke erfordert, deren Länge wenigstens dem 7-fachen der Mindesttrennstrecke entspricht, beträgt der bei der konzentrischen Kontaktanordnung erforderliche Schaltweg der beweglich Kontaktstücke nur das 3-fache der Trennstrecke.
Dies resultiert daraus, dass das bewegliche Kontaktstück ja sowohl in dem Kontakt, in welchem es geführt ist, eine ausreichend große Kontaktfläche haben muss, ferner den Mindestabstand zu dem Gegenkontakt einhalten muss und schließlich bei Betätigung auch den Gegenkontakt mit ausreichend großer Kontaktfläche kontaktieren muss. Daraus ist zu erkennen, dass man unter diesen Parametern nicht bleiben kann und somit eine geringere Baugröße nicht realisierbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der gasisolierten
Hochspannungsschaltanlage gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter als Schubtrenner ausgebildet ist und der Erdungsschalter als Drehschalter ausgebildet ist.
Dabei erfolgt die Kontaktierung des Trennschalters in ähnlicher Weise, wie im Stand der Technik beschrieben, nämlich durch axiales, das heißt translatorisches, Verschieben des beweglichen Trennkontaktstückes zwecks Eintauchen in einen als Topfkontakt oder rohrförmigen Kontakt ausgebildeten Festkontakt, während die Kontaktierung des Erdungsschalters durch Verschwenken des vorzugsweise als Kontaktleiste zum gleichzeitigen Kurzschließen aller abgangsseitigen Kontakte ausgebildeten beweglichen Erdungskontaktstückes vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen gasisolierten Hochspannungsschaltanlage ist der Trennschalter als Schubtrenner ausgebildet und der Erdungsschalter als Linearschalter ausgebildet. Hierbei werden die in einem abgangsseitigen Festkontaktstück geführten Trennkontakte je Phase translatorisch zur Kontaktierung verschoben, so dass sie jeweils in ein zugeordnetes, mit der Zugangsseite verbundenes Festkontaktstück eingesteckt sind. In dieser Schaltstellung ist das am abgangsseitigen Festkontaktstück angeordnete feste Erdungskontaktstück nicht mit Erde verbunden.
Entsprechend der der Erfindung zugrundeliegenden Lehre, für die Betätigung sowohl des Trennkontaktes als auch des Erdungskontaktes nur einen einzigen Antrieb vorzusehen, der vorzugsweise als Wippenantrieb oder als Schaltwippe ausgebildet sein kann, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Fall des zuletzt beschriebenen Trennkontaktes der feste Erdungskontakt als Ausnehmung, insbesondere Bohrung, in dem das ortsfeste Trennkontaktstück bildenden Teil vorgesehen sein, in welche das bewegliche Erdungskontaktstück linear hineingleitet und so die elektrische Verbindung mit dem in üblicher Weise mit dem Gehäuse verbundenen Erdungskontaktstück herstellt.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten 3-poligen
Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Trenn- /Erdungsschalters in Neutralstellung mit im Abstand zueinander befindlichen Festkontakten für den Trennschalter und einen Festkontakt mit einer kreisförmigen Ausnehmung für den Erdungsschalter in Seitenansicht, das heißt mit Blick auf die hier nebeneinander angeordneten Schalterpole und quer dazu auf jeweils gemeinsamer Welle verschiebbaren beweglichen Trenn- und Erdungskontakten;
Fig. 2 verschiedene Varianten von Leiterpolanordnungen aus Sicht„Z" in Fig. 1 innerhalb des Trenn-Erdungsschaltergehäuses;
Fig. 3a die Kontaktanordnung ähnlich Fig. 1 in Neutralstellung (Trenn- und Erdungsschalter offen) sowie ein Längsschnitt entlang Schnittlinie A-A durch einen Schalter mit der Kontur einer beispielhaften Ausführungsform, wobei die beweglichen Kontakte je Phase separat nebeneinander angeordnet sind ;
Fig. 3b die Kontaktanordnung gemäß Fig. a in Erdungsstellung
(Trennschalter offen) sowie ein Längsschnitt entlang Schnittlinie A-A durch einen Schalter mit der Kontur einer beispielhaften Ausführungsform;
Fig. 3c die Kontaktanordnung gemäß Fig. 3a in stromführender Stellung
(Trennschalter geschlossen und Erdungsschalter offen) sowie ein Längsschnitt entlang Schnittlinie A-A durch einen Schalter mit der Kontur einer beispielhaften Ausführungsform;
Fig. 3d eine schematische Darstellung von drei verschiedenen
Ausführungsvarianten der Schalterpolanordnung der ersten Kontaktanordnung in Parallel-, Dreiecks- und Schräganordnung;
Fig. 4a eine schematische Darstellung der 3 Phasen eines erfindungsgemäßen Trenn-/ Erdungsschalters einer zweiten Kontaktanordnung in Neutralstellung (alle Schalterkontakt offen);
Fig. 4b eine schematische Darstellung der 3 Phasen eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungsschalters einer zweiten Kontaktanordnung in Erdungsstellung (Trennkontakt offen, Erdungskontakt geschlossen);
Fig. 4c eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung der 3
Phasen eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungsschalters einer zweiten Kontaktanordnung in stromführender Stellung (Trennkontakt geschlossen, Erdungskontakt offen);
Fig. 4d eine schematische Darstellung der Schalterpolanordnung der zweiten Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Trenn- /Erdungsschalters mit konzentrischen (kreisringförmigen) Festkontakten für den Trennschalter sowie für den Erdungsschalter je Schalterpol zum einen in Dreiecksanordnung und zum anderen in Schräganordnung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Längsschnittes einer dritten
Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungs- schalters als Kombination Schubtrenner mit Hubprinzip Erder mit einem translatorisch beweglichen Schubkontaktstück für den Trennschalter und einem sich quer (orthogonal) dazu ebenfalls translatorisch bewegenden Stiftkontaktstück für den Erdungskontakt in drei verschiedenen Schaltstellungen, nämlich
Fig. 5a in Neutralstellung (Trenn- und Erdungsschalter offen);
Fig. 5b in Schließstellung des Trennschalters (Erdungsschalter offen);
Fig. 5c in Erdungsstellung (Trennschalter offen und Erdungsschalter geschlossen);
Fig. 5d die Anordnung gemäß Fig. 5 jedoch mit abgewinkeltem
Leiterstück.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Kontaktanordnung 10 eines nicht näher gezeigten erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungsschalters einer gasisolierten Hochspannungsschaltanlage mit drei Schalterpolen gezeigt, bei denen die zur Stromführung dienenden Trennkontaktstücke 22 auf einer gemeinsamen Isolierwelle 23 zwecks Kontaktierung beziehungsweise Trennung der Kontaktstellen 16 längsverschiebbar und über einen Antrieb mit einer Schaltwippe 32 gegenläufig zu einer die Erdungskontaktstücke 30 betätigenden Schaltstange beaufschlagt werden.
Bau- beziehungsweise funktionsgleiche Teile sind im Folgenden mit jeweils der gleichen Bezugsziffer versehen.
Fig. 2 zeigt drei prinzipiell mögliche Anordnungen der Schalterpole innerhalb eines Schaltergehäuses in Draufsicht, nämlich Fig. 2 a) in Parallelanordnung, Fig. 2b) in Schräganordnung und Fig. 2c) in Dreiecksanordnung. In den Figuren 3a bis 3d sind die in einzelnen Schalterstellungen einer der in Fig. 1 erläuterten ersten Kontaktanordnung ähnlichen Kontaktanordnung gezeigt, die zum einen in schematischer Schnittdarstellung durch das T-förmige Schaltergehäuse und jeweils daneben als Längsschnitt durch die drei Schalterpole jeweils entsprechend Schnittlinie A-A in Fig. 3a bis 3c wiedergegeben sind.
Hierbei sind gleiche Teile mit jeweils der gleichen Bezugsziffer versehen beziehungsweise die in den Fig. 3b und 3c dargestellten Varianten zeigen die gleichen Teile in verschiedenen Schaltstellungen ohne Bezifferung.
Aus der Schnittansicht der Schalterpole sind je Schalterpol zwei hufeisenförmigen Festkontaktstücke 12, 14 für einen Trennschalter 16 in Neutralstellung wiedergegeben, welche hufeisenförmigen Festkontaktstücke 12, 14 in einem der zur sicheren Trennung erforderlichen Trennstrecke 18 entsprechenden Mindestabstand angeordnet sind.
In den dieserart gebildeten, von den hufeisenförmigen Festkontaktstücken 12, 14 umschlossenen Raum 20 ist ein der hufeisenförmigen Kontur angepasstes, vorzugsweise ellipsenförmiges bewegliches Kontaktstück 22 zum Schließen des Trennschalters 16 einsteckbar, welches beispielsweise in Fig. 3c gezeigt ist.
Das erste hufeisenförmige Festkontaktstück 12 ist hierbei mit dem hier nicht näher gezeigten stromführenden Hochspannungsleiter zugangsseitig verbunden und steht demgemäß ständig unter Hochspannung.
Das dem ersten hufeisenförmigen Festkontaktstück 12 gegenüber angeordnete zweite hufeisenförmige Festkontaktstück 14 hingegen weist als gemeinsamer Kontaktkörper mit dem Erdungsschalter 24 ein Festkontaktstück 26 auf, welches als Anformung 26 ausgebildet ist und eine kreisförmige Ausnehmung 28 besitzt, welche als fester Polkontakt des Erdungsschalters 24 dient und in welche ein bewegliches kreiszylindrisches bewegliches Erdungskontaktstück 30 einführbar ist, das beispielsweise in Fig. 1c gezeigt ist.
Fig. 3a zeigt die erste Kontaktanordnung 10 in Neutralstellung, in welcher Trenn- und Erdungsschalter 16, 24 jeweils geöffnet sind, das heißt die beweglichen Trenn- und Erdungskontaktstücke 22, 30 sind nicht in die hierfür vorgesehenen Ausnehmungen 20, 28 als Gegenkontakte eingeführt. In dieser Darstellung sind in einer ersten Ebene das Erdungskontaktstück 30 und darunter in einer zweiten Ebene das bewegliche Trennkontaktstück 22 gezeigt, welche von einer Betätigungseinrichtung 32, zum Beispiel eine Schaltwippe aus einem elektrisch isolierenden Material, geführt und wechselweise in die hierfür vorgesehenen Ausnehmungen 20 beziehungsweise 26, nämlich zwischen die im Abstand zu einander angeordneten hufeisenförmigen Festkontaktstücke 12, 14 beziehungsweise in die kreisförmige Ausnehmung 26, eingeschoben werden.
Unter Schaltwippe 32 wird hier und im Folgenden eine Betätigungsvorrichtung verstanden, welche eine wechselweise Beaufschlagung der beweglichen Trennkontaktstücke 22 beziehungsweise der beweglichen Erdungskontaktstücke 30 zwecks Kontaktierung der zugeordneten Festkontaktstücke 12, 14, 26 gewährleistet, das heißt eine Vorrichtung die eine gleichzeitige Kontaktierung beider beweglichen Kontaktstücke verhindert.
In Fig. 3b ist die erste Kontaktanordnung in Erdungsstellung wiedergegeben, in welcher der Trennschalter 16 geöffnet und der Erdungsschalter 24 geschlossen ist, das heißt das bewegliche Trennkontaktstück 22 ist von den hufeisenförmigen Festkontaktstücken 12, 14 getrennt und das bewegliche Erdungskontaktstück 30 ist in den festen Erdungskontakt 28 eingeführt.
Fig. 3c zeigt schließlich die erste Kontaktanordnung in Schließstellung des Trennschalters 16, wobei der Erdungsschalter 24 offen ist. In dieser Schaltstellung ist der bewegliche Trennkontakt 22 in den von den hufeisenförmigen Festkontaktstücken 12, 14 umschlossenen Raum 20 eingeführt und kontaktiert demgemäß den durch die hufeisenförmigen Festkontaktstücke 12, 14 gebildeten festen Trennkontakt.
Zwischen dem Gehäuseschnitt und den Schalterpolen sind im geringen Abstand zu der Kontaktanordnung 10 mehrere Pfeile angeordnet, deren Länge jeweils der Trennstrecke 18 entspricht, das heißt dem Mindestabstand zur sicheren Trennung des Hochspannung führenden hufeisenförmigen Festkontaktstücks 12 von dem spannungslosen hufeisenförmigen Festkontaktstück 14.
Mit dieser Anzeige der Pfeile soll die erforderliche Mindestbaugröße des erfindungsgemäßen kombinierten Trenn-Erdungsschalters 10 angezeigt werden, die gegenüber den bisher im Stand der Technik bekannten Trenn-Erdungsschaltem deutlich geringer ist und somit eine klare Verbesserung darstellt, da hierdurch der erforderliche Raumbedarf kleiner ist und dies eine kompakte Gestaltung der entsprechend ausgerüsteten gasisolierten Hochspannungsschaltanlage ermöglicht.
In Fig. 3d ist eine schematische Prinzipdarstellung zur Möglichkeit der Kontaktierung der Erdungskontakte je Pol und deren Verbindung zur gemeinsamen Betätigung untereinander gezeigt. Anders als in Fig. 1 gezeigt sind bei der in den Fig. 3a bis 3c gezeigten Anordnung die beweglichen Trenn- und Erdungskontakte jeweils parallel zueinander angeordnet.
Im Übrigen gilt generell für diese Gestaltungsvariante einer Kontaktanordnung für einen kombinierten Trenn-/Erdungsschalter 16, 24 ebenso wie für die weiteren im folgenden behandelten Ausführungsvarianten, dass die Betätigung der beweglichen Trenn- beziehungsweise Erdungskontaktstücke 22, 30 gegeneinander verriegelt ist, so dass stets nur einer der beiden Schalter 16, 24 geschlossen sein kann und das gleichzeitige Schließen des Trennschalters 16 und des Erdungsschalters 24 sicher verhindert und ausgeschlossen ist.
Fig. 4a zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Kontaktanordnung 34 eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungsschalters mit konzentrischen kreisringförmigen Festkontakten 36, 38 für den Trennschalter 40 sowie für den Erdungsschalter 42, wie aus der daneben dargestellten Draufsicht auf diese Kontaktanordnung zu erkennen ist.. Das erste feste Trennkontaktstück 36 ist hierbei stets mit der nicht näher gezeigten Hochspannungseinspeisung verbunden und steht dementsprechend unter Hochspannung, während das zweite feste Trennkontaktstück 38 erst bei Kontaktierung eines beweglichen Trennkontaktstücks 44 an Hochspannung anliegt. Im Übrigen dient das zweite feste Trennkontaktstück 38 als gemeinsamer Kontaktkörper mit dem Erdungsschalter 42, so dass bei spannungsfrei geschaltetem Trennkontakt, das heißt, wenn der Trennschalter 40 geöffnet ist, durch Schließen des Erdungsschalters 42 das zweite feste Trennkontaktstück ebenfalls mit Erdpotential verbunden ist.
In Fig. 4a ist der kombinierte Trenn- Erdungsschalter in Neutralstellung, das heißt, dass in dieser Darstellung sowohl der Trennschalter 40 als auch der Erdungsschalter 42 offen sind, das heißt die ringförmigen Kontakträume zum jeweiligen Einführen der zugehörigen beweglichen Kontaktstücke 44, 46 sind leer.
Fig. 4b zeigt einen Querschnitt durch die zweite Kontaktanordnung 34 entlang einer gedachten Diagonale durch den Mittelpunkt der kreisringförmigen Anordnung gemäß Fig. 4a in Erdungsstellung. Das bewegliche kreisringförmige Erdungskontaktstück 46 des Trennschalters 40 kontaktiert hierbei die ringförmigen geerdeten Festkontaktstücke 48, während das bewegliche, ebenfalls kreisringsförmige Trennkontaktstück 44 sich im Abstand zum zugeordneten festen Erdungskontaktstück 48 in einer zweiten Ebene befindet.
In der in Fig. 4c gezeigten Schaltposition ist der Trennschalter 40 mittels des zugehörigen beweglichen Trennkontaktstückes 44 geschlossen und der Erdungsschalter 42 geöffnet. In dieser Schaltstellung ist das feste Trennkontaktstück 38 also unter Hochspannung. Dies stellt den normalen Betriebsfall der gasisolierten Hochspannungsschaltanlage dar, nämlich dass daran angeschlossene Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden.
Wie aus den Fig. 4a bis Fig. 4c ersichtlich ist, werden auch bei dieser Gestaltungsvariante die beweglichen Kontaktstücke, nämlich das bewegliche Trennkontaktstück 44 wie auch das in Fig. 4c gezeigte bewegliche Erdungskontaktstück 46, zwecks Kontaktierung der zugeordneten Festkontaktstücke 36, 38 beziehungsweise 38 und 48 jeweils aus einer zweiten Ebene in die Kontaktebene verschoben.
Unterhalb der in Fig. 4c gezeigten Kontaktanordnung ist eine Pfeilanordnung gezeigt, wobei ebenso wie bereits zu Fig. 1a ausgeführt die Länge eines einzelnen Pfeiles 18 jeweils der einfachen Trennstrecke entspricht, das heißt dem Mindestabstand zur sicheren Trennung des Hochspannung führenden Festkontaktstücks 36 von dem spannungslosen Festkontaktstück 38 und damit ein Maß für die zur Einhaltung des ausreichenden Isolierabstandes erforderlichen Baugröße des Trenn-/Erdungs- schalters angibt. Bei dieser Gestaltungsvariante ist gegenüber der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsvariante die durch den Mindestisolierabstand bestimmte erforderliche Baugröße mit praktisch nur drei Pfeilen noch einmal verringert was eine weitere Verbesserung im Sinne einer kompakten Bauweise belegt. Fig. 4d gibt in schematischer Darstellung der Draufsicht auf eine zweite Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungsschalters mit konzentrischen kreisringförmigen Festkontaktstücken unterschiedliche Anordnungen der Schalterpole zueinander wieder, nämlich einerseits (links) in Dreieckanordnung und andererseits (rechts) in Schräganordnung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Längsschnittes einer dritten Kontaktanordnung 50 eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungsschalters drei Schalterpolen, die jeweils mit einem translatorisch beweglichen Schubkontaktstück 52 für den Trennschalter 54 und einem sich quer (orthogonal) dazu ebenfalls translatorisch bewegenden Stiftkontaktstück 56 für den Erdungskontakt 58 in drei verschiedenen Schaltstellungen versehen sind, nämlich
Fig. 5a in Schließstellung des Trennschalters (Erdungsschalter offen);
Fig. b in Neutralstellung (Trenn- und Erdungsschalter offen);
Fig. 5c in Trennstellung (Trennschalter offen und Erdungsschalter geschlossen) und
Fig. 5d eine abgewinkelte Variante in Schließstellung des Trennschalters
(Erdungsschalter offen).
Mit dieser neuartigen Kontaktanordnung 50, welche das an sich bereits bekannte Prinzip eines translatorisch beweglichen Schubkontaktstücks für das bewegliche Trennkontaktstück 52 für den Trennschalter 54 wie auch für das bewegliche Erdungskontaktstück 56 für den Erdschalter 58 vorsieht, kann ebenfalls eine im gleichen Maße raumsparende Bauweise wie bereits zu Fig. 1 bis 4 realisiert werden.
Das bewegliche Trennkontaktstück 52 ist hierbei in einem mit dem Erdungsschalter 58 gemeinsamen Gehäuse 60 angeordnet und wird von einem nicht näher gezeigten Antrieb zwecks Bewegung beaufschlagt. Als festes Trennkontaktstück 62 ist ein napf- oder topfähnlicher Gegenkontakt vorgesehen, in welchen das bewegliche Trennkontaktstück 52 eintaucht.
Als festes Erdungskontaktstück ist eine kreisförmige Ausnehmung in dem Gehäuse 60 vorgesehen, die quer zur Bewegungsrichtung des beweglichen Trennkontaktstücks 52 angeordnet ist und in welche das bewegliche Erdungskontaktstück 56 eintaucht und so die Verbindung zu Erdpotential sicherstellt.
Mit dieser Ausgestaltung der dritten Kontaktanordnung, nämlich mit den zueinander abgewinkelten Bewegungsebenen der beweglichen Kontaktstücke 52 und 56 für den Trennschalter 54 und den Erdungsschalter 58 ist ebenfalls eine raumsparende Bauweise eines Trenn-/Erdungsschalters für eine kompakte gasisolierten Hochspannungsschaltanlage ermöglicht.
Die Fig. 5a bis 5d zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung den Längsschnitt durch eine Kontaktanordnung des erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungs- schalters mit je einem beweglichen und einem festen Kontaktstück für den Trennschalter und den Erdungsschalter, welche einstückig miteinander verbunden sind. Allerdings ist die hier dargestellte Kontaktanordnung als 3-phasige Schalteranordnung ausgeführt, wobei die Schalter für alle drei Phasen baugleich ausgeführt sind.
Der Trennschalter besitzt hierbei ein so genanntes translatorisch bewegliches Schubkontaktstück als bewegliches Trennkontaktstück, das in ein topfähnliches festes Trennkontaktstück eintaucht und so die elektrisch leitende Verbindung zur Hochspannung herstellt.
Der Erdungsschalter weist als festes Erdungskontaktstück eine in einem Kontaktkörper angeordnete zylinderförmige Ausnehmung auf, in welche ein als ebenfalls translatorisch beweglicher als Stift oder Zapfen ausgebildetes Erdungskontaktstück zur Kontaktierung einschiebbar ist.
Zur Betätigung des beweglichen Trennkontaktstückes ist eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die alle drei Phasen gleichzeitig beaufschlagt, das heißt, das jeweilige bewegliche Trennkontaktstück zur Kontaktierung des zugeordneten festen Trennkontaktstücks in dieses hineinschiebt oder zur Unterbrechung des jeweiligen Kontaktes jeweils herausbewegt.
Die Betätigungsvorrichtung wird angesteuert von einem Antrieb, der auch zur Betätigung der beweglichen Erdungskontaktstücke herangezogen wird, indem er die jeweilige Stellbewegung auf einen Spindelantrieb oder ähnliches überträgt, der seinerseits die Verlagerung der beweglichen Erdungskontaktstücke in die zugeordnete Ausnehmung in dem Kontaktkörper bewirkt.
Gemäß der Gestaltungsvariante dieser Kontaktanordnung ist dieser Antrieb als Dreh- Hub-Antrieb vorgesehen, bei welchem beispielsweise durch eine Kulissenführung oder ein Umlenkgetriebe gegebenenfalls in Verbindung mit einer Zahnstange die Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird, wodurch die jeweilige Betätigung der beweglichen Kontaktstücke bewirkt wird.
In Fig. 5d ist eine schematische Darstellung des Längsschnittes durch eine alternative 3-phasige Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Trenn-/Erdungs- schalters wiedergegeben, welche im Wesentlichen nach dem gleichen Prinzip wie die in Fig. 5a beziehungsweise Fig. 5c gezeigte Kontaktanordnung arbeitet.
Bei dieser alternativen Kontaktanordnung besteht der Unterschied darin, dass der Trennschalter und der Erdungsschalter zwar einstückig miteinander verbunden sind, jedoch zueinander abgewinkelt sind.
Demgemäß ist der Kontaktkörper für den Trenn- und Erdungsschalter funktionell gleich mit dem in Fig. 5 gezeigten Kontaktkörper, das heißt einerseits ist darin ein translatorisch bewegliches Trennkontaktstück für den Trennschalter geführt, welches Trennkontaktstück in das zugeordnete als Topfkontakt ausgebildete feste Trennkontaktstück eintaucht, sowie eine als festes Erdungskontaktstück dienende Ausnehmung beziehungsweise Kontaktfläche, welche von einem als Stiftkontakt oder als flächiger Kontakt ausgebildeten beweglichen Erdungskontaktstück für den Erdungskontakt zur Kontaktierung eingeschwenkt oder flächig kontaktiert wird.
Die Betätigung der beweglichen Trenn- und Erdungskontaktstücke ist hierbei in vergleichbarer weise vorgesehen wie die der in Fig. 5 gezeigten Kontaktanordnung.
Prinzipiell ist nur ein Antrieb für die Betätigung der beweglichen Trenn- und Erdungskontakte vorgesehen. Dabei kann die Betätigungsvorrichtung angesteuert werden von einem Antrieb, der zur Betätigung der beweglichen Trenn- und Erdungskontaktstücke herangezogen wird, indem er die jeweilige Stellbewegung auf einen Zahnstangenantrieb oder Spindelantrieb oder ähnliches überträgt, wobei er gegebenenfalls auch gleichzeitig Drehbetätigung und translatorische Betätigung bewirkt und seinerseits die Verlagerung der beweglichen Erdungskontaktstücke in die zugeordnete Ausnehmung beziehungsweise an die hierfür an dem Kontaktkörper vorgesehene Kontaktierungsfläche herbeiführt.
Bezugszeichenliste erste Kontaktanordnung
hufeisenförmiges Festkontaktstück
hufeisenförmiges Festkontaktstück
Trennschalter
Trennstrecke
Ausnehmung
bewegliches Trennkontaktstück
Führungsstange aus Isoliermaterial
Erdungsschalter
festes Erdungskontaktstück, Anformung kreisförmige Ausnehmung
bewegliches Erdungskontaktstück
Betätigungsvorrichtung
zweite Kontaktanordnung
erstes festes Trennkontaktstück
zweites festes Trennkontaktstück
Trennschalter
Erdungsschalter
bewegliches Trennkontaktstück
bewegliches Erdungskontaktstück
festes Erdungskontaktstück
dritte Kontaktanordnung
bewegliches Trennkontaktstück
Trennschalter
bewegliches Erdungskontaktstück
Antrieb für Erdungsschalter
Erdungsschalter
festes Erdungskontaktstück, Gehäuse festes Trennkontaktstück
Antrieb für Trennschalter