Bei der Energieübertragung über weite Entfernungen - in der Regel Entfernungen von rund 750 km aufwärts - kommt häufig die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zur Anwendung. Hierfür ist zwar ein vergleichsweise hoher technischer Aufwand für hochspannungstaugliche, aufwendige Stromrichter vonnöten, da elektrische Energie in Kraftwerken fast immer durch Synchron-Generatoren als Dreiphasenwechselstrom der Frequenz 50 Hz bzw. 60 Hz erzeugt wird. Allerdings führt die HGÜ ab bestimmten Entfernungen trotz des technischen Aufwands und der zusätzlichen Konverterverluste zu in der Summe gerin ^¬ geren Übertragungsverlusten als die Übertragung mit Dreiphasenwechselstrom.

Bei HGÜ-Anlagen werden im Gleichspannungs-Konverterfeld und in Gleichspannungs-Netzknotenpunkten schnelle Trennschalter mit Ein- und Ausschaltzeiten im einstelligen Millisekundenbereich benötigt. Dies ist z. B. zur Fehlerklärung erforderlich, wobei temporär alle Konverter gesperrt werden. Zusätzlich benötigen diese Schnelltrennschalter ein Einschaltvermö- gen, um z. B. das Zuschalten und (Vor-) Laden von Kabeln und Konvertern bewerkstelligen zu können. Schnelltrennschalter bislang bekannter Bauarten weisen üblicherweise zwei Leiterstücke auf, die durch ein bewegliches Leiterstück verbunden sind, dass zur Trennung des Kontaktes wegbewegt wird.

Das Öffnen eines Trennerkontaktes im oben genannten Zeitbe ^¬ reich von beispielsweise weniger als 10 ms bringt enorme Schwierigkeiten mit sich, da der Schaltkontakt aufgrund der benötigten Stromtragfähigkeit von beispielsweise mehr als 2 kA und der erforderlichen Isolierstrecke von beispielsweise mehr als 100 mm zzgl. einer beidseitigen Überdeckung für die Kontaktierung entsprechend groß und schwer ausfällt. Dadurch sind die Massenbeschleunigungen mit einem herkömmlichen Design nicht lösbar.

Bislang ist weder in luft- noch in gasisolierter Technik ein adäquates Verfahren bekannt, um eine Ein- und Ausschaltzeit im genannten Bereich zusammen mit einem Stromtragfähigkeitsvermögen im genannten Bereich sowie Einschaltvermögen zu realisieren .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Trennschalter der eingangs genannten Art anzugeben, welcher möglichst hohe

Ströme in möglichst kurzer Zeit schalten kann und dabei ein Einschaltvermögen besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das dritte Leiterstück mittig an einer ersten Welle eines ersten Drehantriebs befestigt ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für hohe Spannungen eine besonders große Trennstrecke erforderlich ist. Um das beim geschlossenen Kontakt zwischen den Leiterstücken überbrückende Leiterstück hier möglichst schnell lö ^¬ sen zu können, sollte das hierzu nötige Drehmoment minimiert werden. Dies ist durch eine Anordnung der die Drehung verursachenden Welle in der Mitte des beweglichen Leiterstücks, d. h. im Wesentlichen in dessen Schwerpunkt erreichbar. Hierdurch entstehen beim Wegdrehen des mittigen Leiterstücks zwei gleichzeitig öffnende Trennstrecken, nämlich vom Ende des ersten Leiterstücks bis zur Mitte des beweglichen mittigen Leiterstücks und von dort bis zum zweiten Leiterstück.

Weiterhin umfasst der Trennschalter/Schnelltrennschalter vorteilhafterweise ein viertes Leiterstück und ein das zweite und das vierte Leiterstück in einer ersten Position verbin- dendes fünftes Leiterstück, wobei das fünfte Leiterstück mit ^¬ tig an einer zweiten Welle eines zweiten Drehantriebs befes ^¬ tigt ist. Mit anderen Worten: Die bereits gebildete Trenn ^¬ strecke durch das erste drehbare Leiterstück wird in prak- tisch identischer Weise noch einmal dupliziert. An das Lei ^¬ terstück, dass an das erste drehbare Leiterstück anschließt, schließt sich ein zweites drehbares Leiterstück an, welches ebenfalls wie das erste drehbare Leiterstück mittig an einer Welle angeordnet ist, so dass es zur Trennung der jeweils verbundenen Leiterstücke weggedreht werden kann. Hierdurch entstehen insgesamt vier Trennstrecken, die in kurzer Zeit besonders hohe Ströme schalten können.

Einer oder bevorzugt beide Drehantriebe umfassen dabei vor- teilhafterweise einen elektromagnetischen Linearantrieb. Die ^¬ ser kann jeweils als Linearmotor mit elektrodynamischem Wirkprinzip oder als Linearaktor mit piezoelektrischem, elektrostatischem, elektromagnetischem, magnetostriktivem oder ther- moelektrischem Wirkprinzip ausgestaltet sein. Gemein ist elektromagnetischen Linearantrieben, das diese besonders schnelle Beschleunigung realisieren, so dass sehr hohe Kontaktbeschleunigung der Leiterstücke bzw. vielmehr ihrer Endpunkte, die die Kontakte zueinander herstellen, ermöglicht werden. Der Linearantrieb kann über einen Riemenantrieb mit Führung über eine Rolle oder über einen Kurbelantrieb die be ^¬ nötigte rotatorische Bewegung der Welle erzeugen.

Der erste und der zweite Drehantrieb, die jeweils das eine bzw. das andere drehbare Leiterstück drehen, sind vorteilhaf- terweise synchronisiert. Hierdurch wird ein absolut gleich ^¬ zeitiges Öffnen aller vier Trennstrecken erreicht. Die Synchronisierung kann dabei elektronisch durch Sicherstellung einer gleichzeitigen Schaltung beider Drehantriebe erreicht werden, oder aber mechanisch über eine mechanische Kopplung beider Wellen, so dass diese ggf. auch nur von einem einzigen Linearmotor oder anderem Aktor betätigt werden und ihre Bewegungen auch unabhängig vom Antrieb stets gekoppelt sind. In vorteilhafter Ausgestaltung sind das dritte und/oder das fünfte Leiterstück, d. h. die beiden drehbaren Leiterstücke in einer jeweiligen zweiten, durch den jeweiligen Drehantrieb erreichbaren Position mit jeweils einem Erdungskontakt ver- bunden. Das heißt, dass im Trennschalter/Schnelltrennschalter geerdete Kontakte vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass sie in der zweiten, geöffneten Position, die die jeweilige Endposition der drehbaren Leiterstücke für die Trennung darstellt, die Endpunkte dieser Leiterstücke berühren. Da- durch werden die drehbaren Leiterstücke im Trennungsdrehzu- stand geerdet.

Vorteilhafterweise ist die jeweilige Welle zur Drehung der Leiterstücke senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des je- weils mit ihr verbundenen Leiterstücks an diesem befestigt. Durch die senkrechte Anordnung wird eine maximale Auslenkung der Endpunkte der Leiterstücke und damit eine besonders hohe Kontaktbeschleunigung erreicht. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die jeweilige zweite, d. h. die geöffnete Position des Trennschal ^¬ ters/Schnelltrennschalters durch eine Drehung der jeweiligen Welle von mehr als 70° aus der jeweils ersten, d. h. ge ^¬ schlossenen Position erreichbar. Damit werden besonders große Abstände der Kontakte, d. h. der Endpunkte der Leiterstücke erreicht. Bei geraden Leiterstücken wird das Maximum des Ab- standes durch eine Drehung von 90° erreicht.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Trennschal- ters/Schnelltrennschalters sind die Leiterstücke von einer geerdeten Ummantelung beabstandet umschlossen. Der Trennschalter ist also gekapselt, d. h. eine beispielsweise zy ^¬ lindrische Ummantelung mit ausreichend Abstand von den Lei ^¬ terstücken umschließt die gesamte Anordnung.

Die Leiterstücke des Trennschalters/Schnelltrennschalters sind vorteilhafterweise in der jeweiligen ersten Position im Wesentlichen linear angeordnet. Hierbei sind die Leiterstücke selbst vorteilhafterweise auch als gerade Stücke ausgestal ^¬ tet. Durch die lineare Erstreckung wird die Trennstrecke bei gedrehten Leiterstücken in geöffneter Position maximiert. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Trennschalter/Schnelltrennschalter zu einer das zweite Leiterstück schneidenden Symmetrieebene spiegelsymmetrisch ausgebildet. Das zweite Leiterstück ist hierbei bevorzugt eine Normale der Symmetrieebene. Durch die Symmetrie wird die Konstruktion vereinfacht. Die beiden drehbaren Leiterstücke werden beim Öffnen/Schließen in entgegengesetzter Richtung um 90° gedreht .

Weiterhin umfasst der Trennschalter/Schnelltrennschalter vor- teilhafterweise einen das zweite Leiterstück schneidenden, insbesondere flächigen Stützisolator. Dieser liegt in der beschriebenen symmetrischen Ausgestaltung bevorzugt in der Symmetrieebene . In zusätzlicher oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung des Trennschalters/Schnelltrennschalters umfasst eine Verbin ^¬ dung zweier Leiterstücke (d. h. eines beweglichen und eines starren Leiterstücks) zwei über eine in einer Übermaßpassung ausgelegte Nut-Feder-Verbindung verbundene Verbindungselemen- te, wobei das erste der Verbindungselemente mit einem der

Leiterstücke verbunden ist und das zweite der Verbindungsele ^¬ mente mit dem anderen Leiterstück über ein Federelement verbunden ist. Das Federelement kann hierbei als einfache

Schraubenfeder ausgestaltet sein. Hierbei sind im geschlosse- nen Zustand die Kontakte derart angeordnet, dass die Nut- Feder-Verbindung verbunden ist und das Federelement maximal komprimiert. Nach der Beschleunigung des beweglichen Drehkontaktes beim Öffnen wird zunächst die Feder auseinandergezo ^¬ gen, durch die Presspassung bleibt die Nut-Feder-Verbindung noch verbunden. Der eigentliche Kontaktverlust tritt erst nach Überschreiten des Punktes ein, an dem die Federzugkraft die Kontaktkraft der Nut-Feder-Verbindung übersteigt und den Loskontakt vom Festkontakt losreißt. Die gespannte Feder zieht nun den an ihr befestigten Teil der Nut-Feder- Verbindung wieder zurück, wodurch eine zusätzliche Beschleunigung überlagert wird. Durch die Ausführung der Kontakte mit Zugfeder beim Öffnen wird somit eine zusätzliche, überlagerte Bewegung hergestellt und die Geschwindigkeit des Kontaktes beim Öffnen erhöht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verteilung der Schaltzeiten auf vier parallel öffnende Trennstrecken gepaart mit einem schnellen

Antrieb sowie federgespannten Kontaktstücken zur Realisierung einer zusätzlichen Beschleunigung der Kontaktstücke (beim Öffnen) eine Realisierung eines Trennschalters mit einer Stromtragfähigkeit von mehr als 2 kA mit einer Ein- und Aus- schaltzeit im einstelligen Millisekundenbereich sowie einem Einschaltvermögen erreicht wird. Zusätzlich ergibt sich in geöffneter Position auch die Erfüllung einer doppelten Trennstrecke mit dazwischen befindlichen, geerdeten Leiterabschnitten, bestehend aus den in Erdkontakte eingefahrenen beweglichen Leiterstücken. Der dargestellte Trennschalter/Schnelltrennschalter kann nicht nur in der HGÜ-Technik, sondern auch allgemein in Wechselstromanwendungen verwendet werden . Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 einen Schnelltrennschalter mit insgesamt vier

Trennstrecken, und

FIG 2 die mit einer Zugfeder versehenen Kontakte der Leiterstücke des Schnelltrennschalters.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei- chen versehen.

Die FIG 1 zeigt einen Schnelltrennschalter 1, der vollumfänglich in einer kreiszylindermantelförmigen Ummantelung 2 ange- ordnet ist. Die kreisscheibenförmigen Grundflächen 4 des Zylinders sind ebenfalls bis auf eine Öffnung 6 in ihrem Mit ^¬ telpunkt geschlossen. Die Öffnungen 6 beiderseits bilden die Anschlüsse der durch den Schnelltrennschalter 1 zu trennen- den, nicht dargestellten Leitung.

In der Mitte zwischen den beiden Grundflächen 4 ist ein flacher, kreisscheibenförmiger Stützisolator 8 parallel zu den Grundflächen 4 angeordnet, der die gleiche Ausdehnung wie die Grundflächen 4 hat, den Zylinder also vollständig in zwei gleiche Halbräume 10 teilt. In der Tat sind im Ausführungs ^¬ beispiel Grundflächen 4 und Stützisolator 8 identisch ausgebildete Bauteile. Durch die Mitte des Stützisolators 8 führt in der Achse des Zylinders ein gerades Leiterstück 12. Der Stützisolator 8 bildet eine Symmetrieebene des Schnelltrennschalters 1. In ^¬ nerhalb der Ummantelung 2 sind beiderseits entlang der Achse des Zylinders alle Bauteile spiegelsymmetrisch in den beiden Halbräumen 10 angeordnet. Daher wird die folgende Beschrei ^¬ bung auf einen Halbraum 10 beschränkt, wobei der Einfachheit halber jeweils zueinander symmetrische Bauteile dieselben Be ^¬ zugszeichen in der Zeichnung erhalten, obwohl sie selbstverständlich ggf. doppelt vorhanden sind.

In der Achse des Zylinders folgt an die Öffnung 6 anschlie ^¬ ßend ein weiteres gerades Leiterstück 14. Dessen Endpunkt 16 ist vom Endpunkt 18 des ersten Leiterstücks 12 im Halbraum 10 entlang der Achse beabstandet. Den Mittelpunkt zwischen den Endpunkten 16, 18 schneidend ist senkrecht zur Achse des Zy ^¬ linders eine Welle 20 die Ummantelung 2 durchstoßend drehbar gelagert angeordnet. Im Mittelpunkt zwischen den Endpunkten 16, 18 ist an der Welle 20 ein gerades Leiterstück 22 befes ^¬ tigt .

Die Länge des Leiterstücks 22 ist dabei etwas länger als der Abstand zwischen den Endpunkten 16, 18 der beiden Leiterstücke 12, 14, so dass dieses nicht exakt in der Achse des Zy- linders liegt, sondern nur mit seinem Schwerpunkt, durch den die Welle 20 verläuft, die Achse schneidet. Darüber hinaus liegt es leicht schräg zur Achse, so dass es seitlich die Endpunkte 16, 18 der Leiterstücke 12, 14 berührt. Eine Bewe- gung durch Drehung der Welle 20 mit dem Leiterstück 22 kann damit nur in eine Richtung erfolgen, nämlich mit den jeweiligen Enden des Leiterstücks 22 weg von den Endpunkten 16, 18, angezeigt durch die Pfeile 24. Die Kontaktpunkte im Bereich II werden noch in FIG 2 gesondert dargestellt.

Durch Betätigung der Welle 20 mittels eines nicht näher dargestellten Drehantriebs wird die Welle 20 gedreht, so dass das Leiterstück 22 in Richtung der Pfeile 24 gedreht wird. Die Bewegung ist um fast 90° möglich und endet, wenn das Lei- terstück 22 senkrecht zur Welle 20 und zur Achse des Zylin ^¬ ders steht, angezeigt durch die gestrichelte Darstellung 26, die die geöffnete Position des Schnelltrennschalters 1 zeigt. Die Bewegung wird dort gestoppt durch jeweils beiderseits in der durch die Drehung des Leiterstücks 22 aufgespannten Ebene angeordnete, erhabene Erdungskontakte 28 an den Innenwänden der Ummantelung 2.

Auch in der Bewegung der Leiterstücke 22 sind die beiden Halbräume 10 zu jeder Zeit symmetrisch. Diese wird durch eine mechanische oder alternativ elektronische Synchronisierung der Wellen 20 erreicht. Diese können mechanisch verbunden sein und durch einen einzigen Drehantrieb betätigt werden.

FIG 2 zeigt den Bereich II in größerem Detail, der den Kon- taktbereich zwischen den Leiterstücken 14, 22 zeigt. Dieser entspricht dem Kontaktbereich zwischen den Leiterstücken 12, 22. Am Leiterstück 22 ist ein erstes Verbindungselement 30 angeordnet, welches zwei in die Bildebene hinein erstreckte Nuten 32, 34 aufweist. Die Öffnungsrichtung der Nuten 32, 34 weist auf das gegenüberliegende Leiterstück 14. Das Verbin ^¬ dungselement 30 kann in einer alternativen Ausgestaltung auch einstückig mit dem Leiterstück 22 ausgebildet sein. In die beiden Nuten 32, 34 greifen zwei entsprechende Federn ein, die die Seiten eines im Profil U-förmigen Verbindungs ^¬ elements 36 bilden. Dieses Verbindungselement 36 ist mittels einer Schraubenfeder 38 am Leiterstück 14 angeordnet. Dabei wird das U-förmige Verbindungselement 36 derart von einem

Führungselement 40 eingefasst, dass nur eine Bewegung in ei ^¬ ner Raumrichtung, nämlich auf das gegenüberliegende Leiterstück 22 zu oder weg möglich ist. Nut 32, 34 und Federn sind in einem leichten Übermaß ausgelegt, so dass für eine Trennung der Federn aus der Nut 32, 34 eine Kraft aufgewendet werden muss. Hierdurch wird bei einer Drehung zunächst die Schraubenfeder 38 auseinandergezogen, da die Federn zunächst in den Nuten 32, 34 verbleiben. Erst wenn die Kontaktkräfte kleiner als die Federkraft werden, springen die Federn aus den Nuten 32, 34. Der Kontakt erfährt dadurch eine überlagerte Beschleunigung aus der Beschleunigung des beweglichen Leiterstückes 12, 14 sowie der zusätzlichen Beschleunigung durch die Federspannkraft.

In einer alternativen Ausgestaltung kann das in FIG 2 dargestellte und oben beschriebene Kontaktsystem konstruktiv auch rotationssymmetrisch ausgebildet sein, d. h. die Verbindungs ^¬ elemente 30, 36 sowie das Führungselement 40 sind um die Ach- se der Schraubenfeder 38 rotationssymmetrisch geformt.

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Bezugs zeichenliste

1 Trennschalter

2 Ummantelung

4 Grundfläche

6 Öffnung

8 Stützisolator

10 Halbraum

12, 14 Leiterstück

16, 18 Endpunkt

20 Welle

22 Leiterstück

24 Pfeil

26 Darstellung

28 Erdungskontakt

30 Verbindungselement

32, 34 Nut

36 Verbindungselement

38 Schraubenfeder

40 Führungselement

11 Bereich