Hochspannungsleistungsschalter mit Einschaltwiderstandsanord nung

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter, bevorzugt in Dead-Tank-Bauform, mit einer Schalteinheit, die eine Schalteinrichtung und ein bezüglich einer Längsachse der Schalteinrichtung axial bewegbares Betätigungselement zum Be tätigen der Schalteinrichtung aufweist und mit einer Ein schaltwiderstandseinheit, die eine Einschaltwiderstandsanord nung und ein bezüglich einer Längsachse dieser Einschaltwi derstandsanordnung axial bewegbares Stellelement zum Betäti gen der Einschaltwiderstandsanordnung aufweist, wobei das Be tätigungselement zum Bewegen des Stellelements an dieses ge koppelt ist.

Funktionsbedingt wird der Einschaltwiderstand der Einschalt widerstandsanordnung kurz vor dem Schließen des Stromkreises durch die Schalteinrichtung des Hochspannungsleistungsschal ters zugeschaltet und nach kurzer Zeit (auch Einwirkzeit ge nannt) kurzgeschlossen. Hierbei sind prinzipiell zwei Ausfüh rungen möglich, wobei der Einschaltwiderstand parallel oder in Reihe zur Schalteinheit geschaltet werden kann. Bei der Parallelschaltung wird der Einschaltwiderstand von einem zu sätzlichen KontaktSystem zeitlich vor der Schalteinheit zuge schaltet und anschließend von der Schalteinheit kurzgeschlos sen. Dieses KontaktSystem muss hochspannungsfest ausgeführt sein, jedoch nicht für hohe Stromtragfähigkeit dimensioniert sein. Bei der Reihenschaltung schließt die Schalteinrichtung zuerst und schaltet somit den Einschaltwiderstand zu. Dieser wird nachträglich von einem zusätzlichen KontaktSystem kurz geschlossen, welches für hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt ist, jedoch keine hohe dielektrische Anforderung erfüllen muss. Im Falle der metallgekapselten Hochspannungsleistungs schalter hat sich für beide Varianten eine Lösung etabliert, die Leistungsschalter und Einschaltwiderstand in einem Gasbe hälter vereint. Hierbei wird aufgrund von Abweichungen von der Axialsymmetrie der verfügbare Bauraum nicht optimal aus genutzt. Nachteilig ist das dabei das unnötig große Gasvolu men, welches in den meisten Fällen mit klimaschädlichem SF6- Gas gefüllt wird.

Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter mit Einschalt widerstandsanordnung ist aus der Druckschrift US 5 245 145 A bekannt. Diese zeigt einen Hochspannungsleistungsschalter in Dead-Tank-Bauform, mit einer Schalteinheit, die eine als Un terbrechereinheit bezeichnete Schalteinrichtung und ein be züglich einer Längsachse der Schalteinrichtung axial bewegba res Betätigungselement zum Betätigen der Schalteinrichtung aufweist und mit einer Einschaltwiderstandseinheit, die eine Einschaltwiderstandsanordnung (EWID-Anordnung) und ein bezüg lich einer Längsachse dieser Einschaltwiderstandsanordnung axial bewegbares Stellelement zum Betätigen der Einschaltwi derstandsanordnung aufweist Die beiden Längsachsen sind im Wesentlichen koaxial angeordnet, sodass Betätigungselement und Stellelement über die gemeinsame Achse gekoppelt sind.

Die Kopplung kann direkt erfolgen, oder über eine Art Koppe leinrichtung, die dann jedoch nur aus einem Zwischenelement besteht, welches sich in einem eingehausten Gasraum des Hoch spannungsleistungsschalters befindet. Beide genannten Einhei ten befinden sich dabei gemeinsam in einem Hochspannungsleis tungsschalter-Gehäuse .

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen abweichend aufgebauten Hochspannungsleistungsschalter anzugeben, der insbesondere kompakter gebaut ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unab hängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter mit (i) einer Schalteinheit, die eine Schalteinrichtung und ein bezüglich einer Längsachse der Schalteinrichtung axial beweg bares Betätigungselement zum Betätigen der Schalteinrichtung aufweist und mit (ii) einer Einschaltwiderstandseinheit, die eine Einschaltwiderstandsanordnung und ein bezüglich einer Längsachse dieser Einschaltwiderstandsanordnung axial beweg bares Stellelement zum Betätigen der Einschaltwiderstandsan ordnung aufweist, wobei das Betätigungselement zum Bewegen des Stellelements an dieses gekoppelt ist, ist vorgesehen, dass die Längsachse der Schalteinheit und die Längsachse der Einschaltwiderstandseinheit voneinander beabstanded sind, wo bei die Kopplung von Betätigungs- und Stellelement über eine Koppeleinrichtung des Hochspannungsleistungsschalters er folgt. Somit sind Schalteinheit und Einschaltwiderstandsein heit nicht mit ihren Längsachsen koaxial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet und können nun kompakt ne beneinander angeordnet werden. Für die Kopplung von Betäti gungs- und Stellelement wird dazu allerdings eine Koppelein richtung benötigt.

Bei einer derartigen kompakten Anordnung nebeneinander sind die beiden Einheiten (Schalteinheit und Einschaltwiderstands einheit) bezüglich mindestens einer der beiden entsprechenden Längsachsen nebeneinander angeordnet oder anders ausgedrückt, es gibt bezüglich mindestens einer der beiden Längsachsen ei nen axialen Überlapp der beiden Einheiten.

Bevorzugt weist der Hochspannungsleistungsschalter oder zu mindest seine Schalteinheit eine Dead-Tank-Bauform auf. Im zweiten Fall ist die Schalteinheit also ein Dead-Tank- Schalter .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, dass die Längsachsen von Schalteinrichtung und Ein schaltwiderstandsanordnung (EWID-Anordnung) einen Achsversatz aufweisen. Die beiden Längsachsen sind dabei insbesondere pa rallel angeordnet. Die Koppeleinrichtung wird dann zum Aus gleich des Achsversatzes zwischen den Längsachsen von Schalt einheit und Einschaltwiderstandsanordnung genutzt und ver läuft im Wesentlichen quer, beispielsweise senkrecht, zu die sen Achsen. In der Regel ist die Längsachse der Schaltein- richtung auch die Längsachse der gesamten Schalteinheit und die Längsachse der Einschaltwiderstandseinheit auch die

Längsachse der gesamten Einschaltwiderstandseinheit.

Mit Vorteil weist der Hochspannungsleistungsschalter ein Ge stell oder eine sonstige die Schalteinheit und die Einschalt widerstandseinheit tragende Basis auf. Über diese Basis sind Begriffe wie „über", „unter" oder „neben" klar definiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, dass die Schalteinheit und die Einschaltwiderstands einheit nebeneinander angeordnet sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden Einheiten bezüglich des Ge stells/der Basis die im Wesentlichen gleiche Höhe aufweisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Schalt einheit oberhalb der Einschaltwiderstandseinheit angeordnet ist. Auf diese Weise wird nicht viel Grundfläche benötigt.

Alternativ dazu ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Ein schaltwiderstandseinheit oberhalb der Schalteinheit angeord net ist. Auch auf diese Weise wird nicht viel Grundfläche be nötigt .

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung weisen die Schalteinheit und die Einschaltwider standseinheit jeweils ein eigenes Gehäuse auf. Die Gehäuse sind dabei so ausgestaltet, dass man das eine Gehäuse (Schal tergehäuse) klar der Schalteinheit und das andere Gehäuse (Einschaltwiderstandsgehäuse) klar der Einschaltwiderstands einheit zuordnen kann.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Innenräume der Gehäuse über mindestens eine Querverbindung, also eine Gehäu sequerverbindung, miteinander verbunden sind. Es ergibt sich dadurch ein gemeinsamer Gasraum. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, dass die Koppeleinrichtung eine Koppel-Mechanik auf weist. Die entsprechende Kopplung ist also eine mechanische

Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass die Koppel-Mechanik mindestens einen Hebel und/oder mindes tens ein Gestänge und/oder mindestens eine Welle aufweist.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigen :

Fig. 1 einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 den in Fig. 2 gezeigten Hochspannungsleistungs

schalter aus einer anderen Perspektive,

Fig. 4 einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen Hochspannungsleistungsschalter gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 den in Fig. 5 gezeigten Hochspannungsleistungs

schalter aus einer anderen Perspektive.

Die Fig. 1 zeigt einen Hochspannungsleistungsschalter 10 in einer Dead-Tank-Bauform. Dieser Hochspannungsleistungsschal ter 10 umfasst eine Schalteinheit 12 mit einer Schalteinrich tung 14 und einem die Schalteinrichtung 14 einhausenden Schaltergehäuse 16 mit zwei Anschlussflanschen 18. Die

Schalteinheit 12 eines Hochspannungsleistungsschalters 10 wird in der Regel auch als Unterbrechereinheit (UE) bezeich net. Die entsprechende Schalteinrichtung 14 weist eine Längs achse 20 auf. Das Schaltergehäuse 16 ist so ausgestaltet, dass es diese Längsachse 20 übernimmt, sodass die Längsachse 20 auch die Längsachse der kompletten Schalteinheit 12 ist. Neben der Schalteinheit 12 weist der Hochspannungsleistungs schalter 10 weiterhin auch eine Einschaltwiderstandseinheit (EWID-Einheit ) 22 mit einer Einschaltwiderstandsanordnung (EWID-Anordnung) 24 und einem die Einschaltwiderstandsanord nung 24 einhausenden Einschaltwiderstandsgehäuse 26 auf. Auch die Einschaltwiderstandsanordnung 24 weist eine Längsachse 28 auf. Das Einschaltwiderstandsgehäuse 26 ist so ausgestaltet, dass es diese Längsachse 28 übernimmt, sodass die Längsachse 28 der Einschaltwiderstandsanordnung 24 auch die Längsachse der kompletten Einschaltwiderstandseinheit 22 ist.

Die Längsachse 20 der Schalteinheit 12 und die Längsachse 28 der Einschaltwiderstandseinheit 22 sind parallel ausgerichtet und dabei voneinander beabstanded. Mit anderen Worten weisen die Längsachsen 20, 28 von Schalteinrichtung 14 und Ein schaltwiderstandsanordnung 24 einen Achsversatz A auf.

Weiterhin weist der Hochspannungsleistungsschalter 10 eine Koppeleinrichtung 30 auf, die die Betätigung der Einschaltwi derstandsanordnung 24 an ein Betätigen der Schalteinrichtung 14 koppelt. Die Koppeleinrichtung 30 führt dazu von der

Schalteinheit 12 zur Einschaltwiderstandseinheit 22 und ist als Koppel-Mechanik 34 ausgestaltet. Die Koppeleinrichtung 30 verläuft zum Ausgleich des Achsversatzes A zwischen den

Längsachsen 20, 28 von Schalteinheit 12 und Einschaltwider standsanordnung 22 im Wesentlichen senkrecht zu diesen Achsen 20, 28. Die Innenräume der beiden Gehäuse 16, 26 sind über Querverbindungen 32, also Gehäusequerverbindungen, miteinan der verbunden. Es ergibt sich dadurch ein gemeinsamer Gas raum. Die Querverbindungen 32 erlauben entsprechende elektri sche Kontaktierungen zwischen Komponenten der beiden Einhei ten 12 , 22. Anders als im eingangs genannten Stand der Technik sind

Schalteinrichtung 14 und Einschaltwiderstandsanordnung 24 nicht mit ihren Längsachsen 20, 28 koaxial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, sondern kompakt nebenei nander. Bei einer derartigen kompakten Anordnung nebeneinan der sind die beiden Einheiten (Schalteinheit und Einschaltwi derstandseinheit) 12, 22 also bezüglich ihrer Längsachsen 20, 28 nebeneinander angeordnet.

Im Gehäuse 16 der Schalteinheit 12 ist ein Betätigungselement 36 zum Betätigen der Schalteinrichtung 14 vorgesehen, dass bezüglich der Längsachse 20 der Schalteinrichtung 14 axial beweglich ist. Im Gehäuse 26 der Einschaltwiderstandseinheit 22 ist ein Stellelement 38 zum Betätigen der Einschaltwider standsanordnung 24 vorgesehen, welches bezüglich der Längs achse 28 der Einschaltwiderstandsanordnung 24 im Wesentlichen axial beweglich ist. Die Koppel-Mechanik 34 weist Hebel 40 und ein Gestänge 42 zwischen den Hebeln 40 auf. Sie hat daher eine gewisse Ähnlichkeit mit einem klassischen Wischer- Gestänge eines Scheibenwischers bei einem Automobil.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Variante des Hochspannungsleis tungsschalters 10 sind die beiden Einheiten 12, 22 übereinan der angeordnet, wobei hier konkret die Schalteinheit 12 ober halb der Einschaltwiderstandseinheit 22 angeordnet ist.

Die Figuren 2 bis 6 zeigen weitere Varianten des Hochspan nungsleistungsschalters 10, die in vielen Aspekten der Vari ante der Fig. 1 entsprechen, sodass im Folgenden nur auf die Unterschiede zur Variante der Fig. 1 eingegangen wird.

In Fig. 2 ist eine Variante des Hochspannungsleistungsschal ters 10 gezeigt, bei der die beiden Einheiten 12, 22 seitlich nebeneinander angeordnet sind. An einem Ende der Schaltein heit 12, bei dem auch die Koppeleinrichtung 30 zu finden ist, ist auch ein entsprechender Aktor für das Betätigungselement 36 und indirekt über die Koppeleinrichtung 30 auch für das Stellelement 38 erkennbar. Am Schaltergehäuse 16 der Schalteinheit 12 sind hier in den Figuren 2 und 3 nun auch die für derartige Hochspannungsleis tungsschalter 10 durchaus typischen Durchführungen 46 erkenn bar. Sie sind an den aus Fig. 1 bekannten Anschlussflanschen 18 des Schaltergehäuses 16 angeflanscht.

Der Hochspannungsleistungsschalter 10 weist weiterhin ein die Schalteinheit 12 und die Einschaltwiderstandseinheit 22 tra gendes Gestell 48 (oder alternativ eine sonstige Basis für die beiden Einheiten 12, 22) auf. Über dieses Gestell 48 sind nun die Begriffe „über", „unter" oder „neben" zur Beschrei bung der Anordnung der Einheiten 12, 22 klar definiert.

Im Beispiel der Figuren 2 und 3 sind Schalteinheit 12 und Einschaltwiderstandseinheit 22 -wie bereits erwähnt- horizon tal nebeneinander angeordnet, wobei die beiden Einheiten 12, 22 bezüglich des Gestells 48 die im Wesentlichen gleiche Höhe aufweisen .

Die Fig. 4 zeigt eine Variante des Hochspannungsleistungs schalters 10, bei der die Einschaltwiderstandseinheit 22 oberhalb der Schalteinheit 12 angeordnet ist. Die Durchfüh rungen 46 sind hier an das Einschaltwiderstandsgehäuse 26 an geflanscht. Die Kontaktierung der Schalteinrichtung 14 er folgt durch das Einschaltwiderstandsgehäuse 26 und die Gehäu sequerverbindungen 32.

Auch im Beispiel der Figuren 5 und 6 sind Schalteinheit 12 und Einschaltwiderstandseinheit 22 nebeneinander angeordnet, wobei die Einschaltwiderstandseinheit 22 höher angeordnet ist als die Schalteinheit 12. Die Fig. 5 zeigt den Hochspannungs schalter 10 von der einen Seite, die Fig. 6 von der anderen.

In diesem Beispiel sind beide Einheiten 12, 22 über Zwischen elemente 50 miteinander und jeweils mit einer Durchführung 46 verbunden. Die Zwischenelemente 50 sind eine Art T-förmige Querverbindungen 32, die jeweils den zusätzlichen Anschluss einer Durchführung 46 ermöglichen.

Im Folgenden sollen einige Aspekte der Erfindung noch einmal anhand der gezeigten Beispiele mit anderen Worten erläutert werden :

Durch die nicht-koaxiale Anordnung von Schalteinheit 12 und Einschaltwiderstandseinheit 22 wird ein sehr kompakter Leis tungsschalter 10 gebildet. Die höchste „Packungsdichte" wird durch die parallele Anordnung von Schalteinheit 12 und Ein schaltwiderstandseinheit 22 in einem dedizierten Kessel er reicht. Die beiden Einheiten 12, 22 können zueinander unter schiedlich positioniert werden, wobei jede einzelne Anbaulage positive und eher problematische Aspekte aufweist.

Beispiel der Fig. 1 - EWID Gehäuse 26 unterhalb des Schalter gehäuses 16:

Positive Aspekte:

- EWID Gehäuse 26 kann im Gestell 48 des Schalters 10 inte griert werden;

- Kompakte Bauweise; platzsparend;

- Kostengünstige mechanische Kopplung, da Antriebswellen des Schalteinheit 12 und der EWID-Einheit 22 parallel zueinander angeordnet sind und die äußeren Antriebshebel in einer Ebene liegen .

Problematische Aspekte:

- Partikel und Abbrandprodukte aus dem Leistungsschalterge häuse können in das EWID-Gehäuse 26 fallen;

- Transporthöhe für den Gasraum erhöht sich (üblicherweise wird der Schalterpol mit angebauten Bushings, vorgefüllt mit SF6 und ohne Gestell 48 ausgeliefert, sodass auf der Baustel le der Gasraum geschlossen bleibt und nicht durch Verschmut zungen kontaminiert werden kann) . Beispiel der Figuren 2 und 3 - EWID-Gehäuse 26 neben dem Schaltergehäuse 16, auf gleicher Höhe:

Positive Aspekte:

- Transporthöhe verändert sich nicht und der Leistungsschal ter 10 kann mit angebauter EWID-Einheit 22 wie bisher ausge liefert werden;

- Partikel und Abbrandprodukte können nicht aus dem Schalter gehäuse 16 in das EWID-Gehäuse 26 fallen.

Problematische Aspekte:

- komplexe mechanische Kopplung der beiden Antriebswellen (EWID und Leistungsschalter); z.B. Kardanwelle oder zusätzli che Umlenkung mit Hebelgestänge 42.

Beispiel der Fig. 4 - EWID-Gehäuse 26 über dem Schaltergehäu se 16:

Positive Aspekte:

- gleiche Schaltergehäuse 16 können für Variante mit EWID- einheit 22 und ohne EWID-Einheit 22 eingesetzt werden;

- Partikel und Abbrandprodukte können nicht aus dem Schalter gehäuse 16 in das EWID-Gehäuse 26 fallen.

Problematischer Aspekt:

- Gesamthöhe des Schalters 10 mit EWID-Einheit 22 steigt (Transportproblematik; Integration im Spannfeld) .

Beispiel der Figuren 5 und 6 - EWID Gehäuse mit Zwischenbau steinen 50 seitlich versetzt über dem Schaltergehäuse 16:

Positive Aspekte:

- gleiche Schaltergehäuse 16 können für Variante mit EWID- Einheit 22 und ohne EWID-Einheit 22 eingesetzt werden;

- Partikel und Abbrandprodukte können nicht aus dem Schalter gehäuse 16 in das EWID-Gehäuse 26 fallen;

- Gesamthöhe wird nur minimal beeinflusst. Problematische Aspekte:

- Schwerpunkt des Hochspannungsleistungsschalters 10 insge samt verlagert sich ungünstig, Verstärkung der mechanischen Struktur erforderlich.

Bezugs _Z eichen

10 HochspannungsleistungsSchalter

12 Schalteinheit

14 Schalteinrichtung

16 Schaltergehäuse

18 Anschlussflansch

20 Längsachse (Schalteinheit)

22 Einschaltwiderstandseinheit

24 Einschaltwiderstandsanordnung

26 Einschaltwiderstandsgehäuse

28 Längsachse (Einschaltwiderstandseinheit)

30 Koppeleinrichtung

32 Querverbindung

34 Koppel-Mechanik

36 Betätigungselement (beweglich)

38 Stellelement (beweglich)

40 Hebel

42 Gestänge

44 Widerstandsscheibenstapel

46 Durchführung

48 Gestell

50 Zwischenelement

A Achsversatz