Kontaktanordnung für eine Kurzschließeinrichtung in einer Mittel- oder Hochspan- nungsschaltanlaqe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Elektrische Schaltanlagen für Spannungen im Bereich von 1 bis 52 kv, welcher Bereich allgemein als Mittelspannungsbereich bezeichnet wird, sind als metallgekapselte gasisolierte Schaltanlagen ausgebildet, siehe DE 43 02 416, in denen als Funktionseinheiten Lasttrennschalter, Erdschalter und Schmelzsicherungen untergebracht sind.

Wenn in einer derartigen Schaltanlage ein Störlichtbogen auftritt, dann sind die Auswirkungen des Störlichtbogens möglichst auf ein Minimum zu begrenzen. Bei entsprechend langer Brenndauer eines solchen Störlichtbogens können sich Druck und Temperatur innerhalb der Schaltanlage soweit erhöhen, dass es zum Bruch oder Aufschmelzen der Metallkapselung kommen kann; damit aufgrund unkontrollierten Aus- strömens von erhitztem Gas in den Raum, in dem sich die Schaltanlage befindet, befindliche Personen nicht verletzt oder gar getötet werden, sind bei manchen Schaltanlagen in der Gehäusekapselung sogenannte Sollbruchstellen vorgesehen, durch die bei deren Bruch das erhitzte Gas kontrolliert in eine bestimmte vorgegebene Richtung ausströmt, so dass eventuell im Raum befindliche Bedienpersonen nicht verletzt werden.

Auf dem Markt ist eine Schaltanlage erhältlich, siehe auch DE 31 31 417, in der eine Kurzschließeinrichtung vorgesehen ist, die bei Auftreten eines Störlichtbogens die Phasen kurzschließt bzw. mit Erde verbindet, so dass der Kurzschluss schon im Entstehen weggeschaltet wird und die Auswirkungen des Störlichtbogens auf dem Innenraum der Schaltanlage begrenzt sind. Zu diesem Zweck besitzt diese Schaltanlage einen Drucksensor, der über ein Federspeichergetriebe bewegliche, als Kontaktmesser ausgebildete Schaltkontaktstücke in Kontakt mit an den Phasenleitern befindlichen feststehenden Kontaktstücken bringt, wobei der Antrieb als Federantrieb ausgebildet ist; der Drucksensor wirkt auf eine Verklinkungsstelle, die die Antriebsfeder freigibt und so die beweglichen Kontaktstücke mit hoher Geschwindigkeit in die feststehenden Kontaktstücke treibt, wodurch die Phasen kurzgeschlossen werden und der Lichtbogen so unterdrückt wird.

Bei dieser Schaltanlage sind die feststehenden Kontaktstücke frei innerhalb der Schaltanlage, so dass zwischen den feststehenden Kontaktstücken und der auf Erde befindlichen Kapselung bestimmte Abstände eingehalten werden müssen.

Es besteht prinzipiell der Bedarf, derartige Schaltanlagen möglichst kompakt herzustellen, weil der zur Verfügung stehende Raum knapp und damit teuer ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die auf Hoch- oder Mittelspannung befindlichen feststehenden Kontaktstücke der Kontaktanordnung so auszugestalten, dass der Abstand zwischen den Kontaktstücken und der Kapselung bzw. der Kontaktstücke untereinander möglichst gering gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung besteht demgemäß darin, dass jedem wenigstens einem feststehenden Kontaktstück eine Abschirmung aus isolierendem Material zugeordnet ist, das bei einer Einschalthandlung von dem beweglichen Kontaktstück zur Kontaktierung mit dem feststehenden Kontaktstück durchdringbar ist, wobei die Abschirmung zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück angeordnet ist.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße Ausführungsform eine kompakte Kontaktanordnung für eine Schaltanlage erzeugt wird, so dass insgesamt die Schaltanlage selbst geringeren Platzbedarf besitzt.

Die Anordnung der Abschirmung aus dem isolierenden Material ist dabei so gewählt, dass sie sich zwischen dem wenigstens einen feststehenden Kontaktstück und dem beweglichen Kontaktstück befindet, so dass eine Annäherung des beweglichen Kontaktstückes an das wenigstens eine feststehende Kontaktstück nicht frühzeitig zu einem Einschaltlichtbogen führt.

Die Abschirmung kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung so ausgebildet sein, dass wenigstens der im Bewegungsweg des beweglichen Kontaktstückes liegende Bereich des isolierenden Materials weich ist, so dass das Kontaktstück das Material durchdringen kann. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass das isolierende Material hart ist, wobei allerdings wesentlich ist, dass der im Bewegungsweg des beweglichen Kontaktstückes liegende Bereich in seiner Dicke so bemessen ist, dass das bewegliche Kontaktstück diesen Abschnitt durchbrechen kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Abschirmung auch durch eine klappbare Tür oder Klappe gebildet sein, die vom beweglichen Kontaktstück aufgedrückt werden kann.

Das bewegliche Kontaktstück ist dann so auszugestalten, dass es das isolierende Material leicht durchdringen kann. In bevorzugter Weise kann das bewegliche Kontaktstück so ausgebildet sein, dass es sich zum freien Ende hin verjüngt, wobei diese Verjüngung kegelförmig sein kann.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Spitze, das heißt das freie Ende, des beweglichen Kontaktstückes etwa halbkugelförmig gerundet ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das wenigstens eine feststehende Kontaktstück von einem rohrförmigen Zylinder umgeben sein, an dem das durchbrechbare oder aufklappbare isolierende Material angeordnet ist.

Wenn das feststehende Kontaktstück an einem Ende eines starren Leiters angebracht ist oder durch dessen Stirnfläche gebildet ist, kann der rohrförmige Zylinder das feststehende Kontaktstück überragen und an seinem freien Ende von dem durchdringbaren isolierenden Material verschlossen sein.

In diesem Falle kann der Raum innerhalb des feststehenden rohrförmigen Zylinders, in dem sich das feststehende Kontaktstück befindet, mit isolierendem Fluid, z. B. mit flüssigem Fluid, insbesondere mit Isolieröl, gefüllt sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das dem feststehenden Kontaktstück zugeordnete isolierende Material eine elektrisch leitende Schicht als elektrische Abschirmung und/oder Feldsteuerung aufweisen.

Bei vorsehen des rohrförmigen Zylinder kann die elektrisch leitende Schicht innerhalb des rohrförmigen Zylinders angeordnet sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltanlage, bei der die Erfindung verwirklicht ist,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Eine Schaltanlage 10 besitzt ein lediglich schematisch dargestelltes Metallgehäuse 11 , welches im Inneren 12 mit einem Isoliergas, beispielsweise mit SF6-Gas gefüllt ist. über geeignete Durchführungen führen in die Schaltanlage Zuführungsleitungen 13 und 14 hinein, wogegen zwischen den beiden Zuführungen 13, 14 eine Abführungsleitung

15 angeordnet ist. In den Zu- bzw. Abführungsleitungen 13 bis 15 sind Lasttrennschalter 16, 17 und 18 angeordnet. Weiterhin sind Kurzschließschalter 19, 20 und 21 vorgesehen, die von einem Schaltschloss 23 betätigt werden, wobei das Schaltschloss 23 eine Verklinkungsstelle aufweist, die von einem Sensor 24 entklinkt werden kann. Im Normalbetrieb mögen beispielsweise die Lasttrennschalter 16 und 18 geschlossen sein; dadurch fließt ein Strom über die Zuführungsleitung 13 in die Schaltanlage und über die Abführungsleitung 15 aus der Schaltanlage heraus, beispielsweise zu einem Transformator, der die Mittelspannung in Niederspannung transformiert.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass die Schalter 17, 18 geschlossen und der Schalter 16 geöffnet ist. Dann fließt der Strom über die Zuführungsleitung 14 und die Abführungsleitung 15 in die Schaltanlage und aus der Schaltanlage heraus. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass die mit 13 und 15 bezeichneten Leiter die Zuführungsleitungen und der Leiter 14 die Abführungsleitung aus der Schaltanlage herausbilden; dies ist abhängig von der äußeren bzw. inneren Verschaltung.

Eine solche Schaltungsanordnung ist auch als sogenannten Ring Main Unit bekannt geworden, die von der Firma ABB AS Division Kraftprodukter, Skien, Norwegen, vertrieben wird.

Wenn in einer. derartigen Schaltanlage ein Störlichtbogen 22 auftritt, werden die Temperatur des Isoliergases innerhalb der Schaltanlage 10 und damit dessen Druck ansteigen, so dass ohne geeignete Maßnahmen eine Explosion der Schaltanlage auftreten kann, weswegen beispielsweise die Schaltanlage nach der DE 36 06 770 Sollbruchstellen aufweisen kann, über die gezielt und gesteuert das heiße Gas ausströmen kann. Bei der Anlage gemäß Fig. 1 , die eine derartige Sollbruchstelle nicht aufweist, wird die Druckerhöhung mittels eines Drucksensors 24 detektiert, welcher die Verklinkungsstelle im Schaltschloss 23 entklinkt und so die im Normalzustand offenen Schalter 19, 20 und 21 schließt. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen den einzelnen Phasen erzeugt, wodurch der Lichtbogen 22 weggeschaltet wird; aufgrund des hierdurch erzeugten Kurzschlusses schaltet ein übergeordneter Schalter, beispielsweise ein Leistungsschalter, ab.

Die einzelnen Schalter 19, 20 und 21 sind bei der Schaltanlage Ring Main Unit der Firma ABB AS Division Kraftprodukter, Skien, Norwegen, als Messerkontaktschalter ausgebildet; diese Messerkontaktschalter greifen in Kontaktmesseraufnahmeelemente ein, wodurch ein recht hoher Platzbedarf bewirkt wird.

Mit den erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird eine Reduzierung des Platzbedarfes bewirkt.

Mit den Zu- bzw. Abführungsleitungen 13, 14 und 15 steht ein elektrischer starrer Leiter 30 in Verbindung, an dessen Stirnseite ein kontakttulpenförmiges feststehendes Kontaktstück 31 mit einer Schraubverbindung 32 befestigt ist. Der starre Leiter 30 und das feststehende Kontaktstück 31 sind von einem Zylinderrohr 33 umgeben, welches das feststehende Kontaktstück 31 überragt und an seinem freien Ende mittels eines Deckels 34 verschlossen ist. Das zylindrische Rohr besteht aus einem Isoliermaterial, welches gegebenenfalls zur Verbesserung des Feldlinienverlaufes auf seiner Außenseite mit elektrisch leitendem Material beschichtet sein kann.

Der Verschlussdeckel 34 ist hierbei in einen Rücksprung 35 eingesetzt bzw. eingelassen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 ist der Deckel 34 aus Silikonmaterial hergestellt; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Deckel aus einem steifen Material herzustellen.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Beschichtung mit elektrisch leitendem Material auf der Innenseite des zylinderförmigen Rohres oder des rohrförmigen Zylinders 33 vorzusehen, wobei darüber hinaus sich die Schicht auch in den Bereich des Rücksprungs 35 hin fortsetzt.

Dem feststehenden Kontaktstück 31 ist ein bewegliches Kontaktstück 36 zugeordnet, welches in Pfeilrichtung P bei einer Einschalthandlung auf das feststehende Kontaktstück 31 hin verschoben wird. Damit das bewegliche Kontaktstück 36 den Deckel 34 durchdringen kann, ist die Spitze 37 des beweglichen Kontaktstückes 36 kegelförmig ausgebildet mit einer Spitze 38. Das bewegliche Kontaktstück ist in diesem Falle mit Erde verbunden. Es ist nachzutragen, dass es insgesamt für jede Zu- bzw. Abführungsleitung pro Phase jeweils eine Kontaktstelle, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, gibt.

über das bewegliche Kontaktstück 36 können die einzelnen Phasen an Erde geschaltet werden oder es kann ein Phasenkurzschluss erzeugt werden, der ebenfalls von einem übergeordneten Leistungsschalter abgeschaltet werden kann.

Zur Verbesserung des elektrischen Feldes ist das bewegliche Kontaktstück von einem Zylinderrohr 39 aus elektrisch leitendem Material umgeben, in dem das bewegliche Kontaktstück 36 gleitet; das dem feststehenden Kontaktstück 31 zugewandte Ende des Zylinderrohres 39 besitzt eine Umbördelung 40 nach außen, durch die das elektrische Feld im Bereich der Kontaktstelle gemäß Fig. 2 vergleichmäßigt wird.

Das bewegliche Kontaktstück 36 kann auch eine kreisförmige Bewegung ausführen. Zu diesem Zweck ist ein L-förmiger Arm 41 an einer Drehwelle 42 befestigt, welcher Arm 41 in ein bewegliches Kontaktstück 43 übergeht, welches dem beweglichen Kontaktstück 36 entspricht. Bei der Kontaktstelle gemäß Fig..3 ist eine Feldsteueranordnung wie die gemäß Fig. 2 nicht eingezeichnet.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 ist an der Stirnseite des Kontaktstückes 30 eine Kontakttulpe 31 befestigt; es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die Stirnseite des starren Leiters so auszubilden, dass sie mit dem beweglichen Kontaktstück eine Kontaktstelle bildet, in dem beispielsweise eine kegelförmige Vertiefung in die Stirnseite eingebracht ist; bei einer anderen Ausgestaltung könnte die Stirnseite eben sein und die Spitze des beweglichen Kontaktstückes halbkugelförmig.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist der Leiter 30 von einem Zylinderrohr 44 umgeben, welches einen Boden 45 aufweist, dessen Dicke so gemessen ist, dass sie von dem beweglichen Kontaktstück 43, welches natürlich auch das Kontaktstück 36 sein kann, ohne weiteres durchschlagen werden kann.

Das Zylinderrohr 33, 44 kann beispielsweise aus wiederverwendbarem thermoplastischem Polymer hergestellt sein; der Deckel 34 kann aus einem weichen Material, wie z.B. Silikongummi bestehen, welches dem beweglichen Kontakt 36 ein Eindringen ins Innere des Zylinderrohres 33 gestattet. Die elektrisch leitende Beschichtung des Zylinderrohres ist auf der Innenseite vorgesehen, insbesondere dann, wenn die Ausgestaltungen des feststehenden Kontaktstückes konstruktiv einfach ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist anhand einer elektrischen Schaltanlage beschrieben; es besteht natürlich die Möglichkeit, die Erfindung auch in anderen Installationsanlagen einzubauen und einzusetzen.

Der Innenraum des Zylinders 33 bzw. 44, indem sich die Kontakttulpe 31 befindet, kann mit SF6-Gas -wie die Umgebung- oder auch mit flüssigem Isoliermaterial, wie Isolieröl und dergleichen befüllt sein.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Erfindung bei solchem Kontaktanordnungen anzuwenden, die zwei feststehende Kontaktstücke aufweisen, die mit einem geeigneten beweglichen Kontaktstück zur Erzielung einer Kontaktschließung überbrückt werden können. Insoweit ist die Erfindung nicht beschränkt auf Kontaktanordnungen, wie sie in der Figur 2 oder der Figur 3 beschrieben sind.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 ist der Deckel in Form einer Klappe 50 ausgebildet, die aus verformbaren Material hergestellt ist und über eine Art Filmscharnier 51 am Zylinderrohr 52 fixiert ist; im Falle einer Kurzschließung wird die Klappe 50 von dem beweglichen Kontaktstück geöffnet und in die strichliert dargestellte Stellung 50a verschwenkt. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Kontakttulpe wie die Kontakttulpe 31 nicht vorhanden ist. Die Klappe kann auch als verschiebbare Platte ausgebildet sein, die durch das bewegliche Kontaktstück betätigt wird.

Der Begriff „isolierendes Material", durch das das bewegliche Kontaktstück hindurch greift, ist gleichbedeutend mit dem Begriff „Abschirmung", im Gegensatz zu dem Begriff „elektrische Abschirmung", die die Funktion einer Feldsteuerung besitzt.