DD234120A1 - Hochspannungs-schwenktrennschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstrennschalter, insbesondere Schwenktrennschalter, der als fester Bestandteil von Freileitungsanlagen sich staendig aendernden klimatischen Bedingungen ausgesetzt ist. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung bestehen darin, bei Aenderung der bislang fuer den Schaltvorgang geltenden Bewegungsprinzipien fuer Hochspannungstrennschalter, bei denen der als Strombahn ausgebildete bewegliche Kontakt die jeweils auf zwei Stuetzisolatoren angeordneten festen Kontakte miteinander verbindet bzw. trennt, den Raumbedarf und den Materialeinsatz zu vermindern, die mechanische Festigkeit zu verbessern und die Empfindlichkeit gegen Eisbildung an den fuer die Bewegungs- und elektrischen Funktion verantwortlichen Bauelementen bei extremen klimatischen Bedingungen zu verringern. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass beim Verbinden oder Trennen der auf den Stuetzern angeordneten festen Kontakte und der beweglichen Strombahn ein aus der Ebene des Erdpotentials in die Ebene des Hochspannungspotentials und zurueck schwenkender Traegerarm aus elektrisch isolierendem Material verwendet wird, dessen Bahnebene parallel zur geraden Verbindungslinie zwischen den Stuetzern steht. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann auf dem Gebiet der Hochspannungsschaltgeräte, vorwiegend bei Trennschaltern mit festen und beweglichen Kontaktteilen, deren Betrieb vor allem bei Erdbebengefahr und Vereisungsbedingungen gesichert sein soll, angewendet werden und betrifft Hochspannungstrennschalter, insbesondere Schwenktrennschalter, die als fester Bestandteil von Freileitungsanlagen sich ständig ändernden klimatischen Bedingungen ausgesetzt sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein Grundprinzip in der konstruktiven Gestaltung von Trennschaltern besteht darin, die auf Hochspannungspotential im Freileitungsnetz arbeitenden Trenner auf einem für ein, zwei oder mehrere, in den meisten Fällen vertikal angeordnete Systeme von Stützisolatoren vorgesehenen Untergestell anzuordnen. Die Stützisolatoren tragen entsprechend der für den Schaltvorgang ausgewählten bzw. vorliegenden Trennschaltertype geltenden kinematischen Gesetzmäßigkeiten sowie der Art der Kontaktgabe auf ihrem Kopfteil die jeweiligen Antriebs- und Kontaktbauelemente. Sie müssen im Bereiche ihrer mit dem Untergestell verbundenen Basisarmatur hohe, durch die sogenannte Umbruchkraft gekennzeichnete Festigkeitswerte aufweisen, um die mechanischen statischen Seilzugkräfte, die temperaturabhängig sind, und dynamischen Kräfte aus den Seilschwingungen durch Windbelastung u. dgl. und die elektrodynamischen, aus großen Strömen im Kurzschlußfall herrührenden Kräfte aufnehmen zu können. Wirken die Stützisolatoren außerdem noch als Antriebselemente zur Erzeugung der Schaltbewegung, kann ihre Festigkeitsgrenze schnell erreicht oder gar überschritten werden. Die klassische Bauart der Hochspannungs-Trennschalter zeichnet sich im allgemeinen durch einen großen Raumbedarf aus, der sich vorrangig aus der Art der Bewegung des bewegten Kontaktteils herleitet. So beanspruchen beispielsweise Drehtrennschalter einen großen seitlichen und senkrecht nach oben schaltende Hebeltrenner sowie Scherentrenner einen großen, sich über dem Kopf des Stützers ergebenden Platzbedarf (DE-PS 932076 „Elektrischer Hochspannungs-Scherentrennschalter"; DE-PS 926797 „Trennschalter mit Druckluftantrieb durch einen Hubkolben"; DE-AS 2014725 „Drehtrennschalter").

Unter anderem werden an die Fundamente der gesamten Anlage hohe Anforderungen an ihre mechanische Festigkeit gestellt, um einerseits die präzise Montage und Justierung zu sichern sowie über einen langen Zeitraum zu erhalten und andererseits eine ungestörte Betriebsführung selbst unter geographisch extremen Bedingungen, z. B. Erdbebengefahr, zu erhalten. Extreme klimatische Bedingungen, z. B. Eisbildung, beeinflussen primär die mechanischen und elektrischen Bedingungen bei der Zusammenführung oder Trennung der Kontaktteile und können nachhaltige Funktionsstörungen an Trennschaltern bewirken. Schwenktrennschalter, bei welchen der bewegte Kontaktteil zum Schließen ihres Kontaktes aus der Ebene des Erdpotentials in die Ebene des Hochspannungspotentials und zur.vöffnen ihres Kontaktes aus der Ebene des Hochspannungspotentials in die Ebene des Erdpotentials befördert wird, um den weiteren Transport der elektrischen Energie im Netz zu ermöglichen oder auszuschließen, sind vom Arbeitsprinzip her wenig bekannt. So werden vom Prinzip her Schwenktrennschalter erwähnt, die als bewegten Kontaktteil ein Schaltmesser besitzen, welches über Getriebeelemente in eine Schwenk- und/oder Schubbewegung versetzt wird. Bekannt ist z. B. eine Anordnung, bei der ein Erdungsschalter nach diesem Prinzip arbeitet, in der Erfindungsbeschreibung aber vorrangig auf die Antriebselemente orientiert wird (DE-PS 3215502 „Schwenktrennschalter für Hochspannung"). Weiterhin ist ein Schwenktrennschalter bekannt, bei dem eine Strombahn durch eine Schwenkbewegung aus der Ebene des Erdpotentials in die Ebene des Hochspannurcjspotentials und umgekehrt befördert wird (DE-PS 1175314 „Trennschalter mit quer verschwenkbarer Kontaktbrücke").

Allen bekannten Anordnungen haftet der Nachteil an, daß sie einerseits komplizierter Antriebe bedürfen und auf Grund ihrer funktionsbedingten Kinematik einen großen Raumbedarf aufweisen und andererseits sehr empfindlich gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen, wie z. B. Erdbeben, reagieren. Besonders anfällig sind solche Anordnungen, bei denen Strombahnen als bewegliche Kontakte quer verschwenkt werden müssen und bei denen die Verwendung der Antriebsprinzipien von Einstützertrennern sowieso schon große konstruktive Schwierigkeiten bereiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die dem Stand der Technik anhaftenden Mängel zu beseitigen und einen für den Einsatz in Hochspannungs-Freileitungsanlagen geeigneten Schwenktrennschalter, bei dem der als Strombahn ausgebildete bewegliche Kontakt die jeweils auf zwei Stützisolatoren angeordneten festen Kontakte miteinander verbindet bzw. trennt, zu schaffen, der bei optimaler mechanischer Unempfindlichkeit gegen Erdbebenbelastung und Eisbildung, geringem Raumbedarf, unkomplizierten Antriebsbedingungen und minimalen mechanischen Beanspruchungskennwerten während der Schalthandlung unter verringertem Materialeinsatz eine erhöhte Lebensdauer aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Entsprechend der Zielstellung ist es die Aufgabe der Erfindung, den Schwenktrennschalter konstruktiv und anordnungsgemäß so zu gestalten, daß bei paralleler Führung der Strombahn während des Verbindens oder Trennens zur Anfangs- oder Endstellung derselben eine Minimierung des für den Schaltvorgang notwendigen Raumbedarfs und der mechanischen sowie elektrischen Beanspruchungsbedingungen, eine Vereinfachung des Antriebes und eine Verbesserung der Funktionszuverlässigkeit erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Stützisolatoren des Trennschalters in ihrem Kopfteil symmetrisch gegenüberliegend den gleichen festen Kontaktteil in sich aufnehmen und durch die Schwenkbewegung eines aus elektrisch isolierendem Material bestehenden sowie den die beiden Pole der festen Kontaktanordnung verbindenden und als Strombahn bzw. Strombahnrohr ausgebildeten beweglichen Kontakt tragenden Trägerarmes die Strombahn beim Schließen des Kontaktes in die festen Kontaktteile eingeschoben und beim Öffnen desselben aus diesen herausgeschoben wird. Die kreisförmige Schwenkbewegung des Trägerarmes mit daran angeordneter Strombahn erfolgt aus der Ebene des Erdpotentials bis zu den auf Hochspannungspotential befindlichen Stützerkopfteilen und zurück. Dabei ist der Trägerarm seitlich neben den Stützisolatoren angeordnet und führt die Strombahn bei stets gleichbleibender paralleler Lage derselben zur Einschalt- bzw. Ausschaltstellung seitlich neben den Stützisolatoren des Trennschalters. Aufgrund der unkomplizierten Bewegung, die maximal über einen Viertelkreis erstreckt ist, sind einfache Antriebsmechanismen auf rein elektromotorischer, pneumatischer oder federmechanischer Grundlage verwendbar.

Die Schwenkbewegung des Trägerarmes schließt die waagerechte Lage des Strombahnrohres als bewegten Kontaktteil in Richtung der Projektion des Trägerarmes, in der Bähnebene befindlich, zum Zeitpunkt der Kontaktgabe ein. Sie erfolgt parallel zur bzw. auf der geraden Verbindungslinie zwischen beiden Stützanordnungen.

Aufgrund der Bewegungsverhältnisse besitzt der Schwenktrenner eine geringe Bauhöhe, die nicht über die Höhe der auf den Stützern montierten festen Kontaktteile hinausgeht, und einen seitlichen Platzbedarf, der nach einer Seite nicht wesentlich über die Summe eines Stützdurchmesser und der Trägerarmbreite hinausgeht. Diese merklichen Vorzüge bedingen auf jeden Fall minimale Portalhöhen und ein Einhalten allerweiteren geometrischen Mindestwerte, die anzustreben gefordert werden. Da die Probleme des Antriebes nur den Trägerarm für das Strombahnrohr als bewegten Kontaktteil betreffen, besteht der besondere Vorzug der Erfindung darin, daß beide Stützisolatoren lediglich eine statische Funktion besitzen. Demzufolge entfällt jede Bewegungsübertragung durch die Säulen, wie sie z. B. bei Drehisolatoren an Dreh- oder Hebeltrennern vorkommt, und damit die Kraftübertragung zur Beschleunigung der am Schaltvorgang beteiligten bewegten Massen. Aus einer rein statischen Funktion der Säulen folgt auch, daß auf den Stützerporzellanen unabhängig von Längs- oder Querzug stets ein porzellanmittiger Seilanschluß erfolgen kann, der hinsichtlich des für den Bruch verantwortlichen inneren mechanischen Spannungszustandes als Belastungsangriff minimierend wirkt. Die Bruchgefahr für die Stützer wird weiterhin durch das Einlaufen des beweglichen Kontaktes in den festen Kontaktteil verringert, sobald während des Einlaufes zur Kontaktgabe oder des Auslaufens zur Trennung der Kontaktteile die Schwenkbewegungsendlage mit den vertikal angeordneten Stützern einen Winkel kleiner als 90° ergibt.

Hierbei entstehen Belastungen, die teilweise denen aus dem Eigengewicht der Stützer resultierenden entgegengerichtet sind. Da die Porzellane des erfindungsgemäßen Schwenktrenners also im wesentlichen Maße statisch belastet sind, und damit weitaus stärker bis zu ihrer Umbruchgrenze andere Beanspruchungen aufnehmen können, können sie bevorzugt auch in erdbebengefährdeten Gebieten eingesetzt werden. Ihre Funktionsweise gestattet einen mechanischen Aufbau, der in Relation zu anderen Trennschaltersystemen die Aufnahme großer äußerer Kräfte ohne Schadensfall überstehen kann.

Die mechanische und elektrische Zuverlässigkeit des Schwenktrenners werden unter extremen klimatischen Bedingungen, z. B. bei Eisbildung, nicht oder nur sehr gering beeinträchtigt, da die Stützerporzellane nicht als bewegungsübertragende Elemente der Trennschaltanordnung beauflagt werden und der feste sowie der bewegte Kontaktteil bei geöffnetem oder geschlossenem Kontakt in einem schützenden Gehäuse untergebracht werden. Das gilt auch für den die Schwenkbewegung ausführenden Trägerarm, der zum Ein- oder Ausfahren des Strombahnrohres lediglich kurzzeitig der Witterung ausgesetzt ist, sich ansonsten aber ebenfalls in rinem schützenden Gehäuse in Warteposition befindet. Hinsichtlich der Auslegung der Schwenktrenner für hohe elektrische Spannungsebenen und größere mechanische Belastungen durch die Seilkräfte bestehen keine systembedingten Beschränkungen.

Vorteilhaft ist es auch, den Trägerarm und die von diesem transportierte Strombahn konstruktiv so zu gestalten, daß einerseits der Trägerarm nach dem Verbinden der festen Kontakte durch die Strombahn in der Einschaltstellung verbleibt, es aber auch andererseits möglich ist, die Strombahn in der Verbindung mit den festen Kontakten zu belassen und den Trägerarm ohne Strombahn in seine Ausgangslage zurückzuschwenken.

Möglich ist es auch, beiderseits der Stützisolatoren je einen Trägerarm anzuordnen, die beide funktionell miteinander verbunden

Eine andere Variante sieht vor, jeweils zwei durch Traversen miteinander verbundene Stützisolatoren zu verwenden, zwischen denen dann der Trägerarm angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel

An dem in der heiligenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den konstruktiven Aufbau eines im Kontakteingriff befindlichen Schwenktrenners gemäß der Erfindung; Fig. 2: die Seitenansicht zu Fig. 2.

Entsprechend der Fig. 1 ist der Schwenktrenner aus zwei Stützisolatoren 1, die auf dem Untergestell 2, welches zur Installation der Gesamtanlage dient, montiert sind und auf ihrer Kopfarmatur über jeweils eine Traverse 3 die festen Kontakte 4 und daran die Klemmenanordnung 5 für die endenden Freileitungsseile tragen, und einem die Schwenkbewegung vollführenden, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Trägerarm 6 aufgebaut, der allein vom Antrieb 7 angetrieben wird und den als Strombahnrohr bzw. Strombahn 8 ausgebildeten bewegten Kopfteil zum Verbinden oder Trennen des Schalterkontaktes aus der Ebene des Erdpotentials kreisbahnförmig in die Ebene des Hochspannungspotentials oder umgekehrt transportiert. Dabei liegt die Bewegungsebene des Trägerarmes 6, hier im Beispiel als Parallelogrammgestänge ausgebildet, parallel zur geraden Verbindungslinie der beiden Stützisolatoren 1. Durch die Wahl in der lokalen Anordnung des Drehlagers für den Trägerarm 6 bezüglich des Aufbaus der Stützeranordnung insgesamt und ihres Abstandes voneinander sowie durch die Wahl des Schwenkwinkels, der günstigenfalls kleiner als 90° ausgelegt wird, wird die Lage der Bahnkurve der Strombahn 8 bzw. des frägerarmes 6 gegenüber den festen Kontakten 4 so bestimmt, daß beim Schließen oder Öffnen des Kontaktes ein nach unten schräges Ein- oder Auslaufen der Strombahn 8 mit kreisförmiger Bewegungscharakteristik gewährleistet ist. Dabei befinden sich der bewegliche Kontakt in Gestalt einer aus einem Rohr bestehenden Strombahn 8 und der Trägerarm 6 als Parallelogrammgestänge stets in gleicher Richtung, die auch die Bewegungsrichtung darstellt. Infolge dieser Bedingungen und durch bestmögliche Reibungsfreiheit und zweckentsprechende geometrische Gestaltung der Bauteile der festen Kontakte 4 und der beweglichen Strombahn 8 wird eine geringe mechanische Beanspruchung des gesamten Schwenktrennersystems beim Schalten hervorgerufen, die beispielsweise im kritischen Basisbereich der mechanisch beaufschlagten Stützisolatoren 1 nur zu Biegespannungen geringen Betrages führen, also unkritisch sind.

Die Anordnung ist für kurzzeitige mechanische Beanspruchungen bei Erdbebenwellen oder unter Kurzschlußstrombedingungen relativ zu anderen Trennschaltersystemen hinsichtlich des Pozellanbruches gleichsam unempfindlich. Für den störungsfreien Betrieb unter extremen Witterungsbedingungen bei Vereisungsgefahr der Schwenktrenneranlage sind der feste Kontakt 4 und der Trägerarm 6 mit der beweglichen Strombahn 8 in getrennten Gehäusen 9; 10 untergebracht.

Das Schwenktrennschaltersystem erfordert neben den sich ergebenden Minimalforderungen an den Antrieb auf Grund einer der vorliegenden einfachsten Formen der Relativbewegung einen geringen Platzbedarf, verglichen mit allen gleichrangigen Ausführungsformen von Freiluft-Trennschalteranlagen.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Hochspannungs-Schwenktrennschalter, der mittels eines als Strombahn ausgebildeten beweglichen Kontaktes die jeweils auf zwei Stützisolatoren angeordneten, mit Anschlußseilen oder -rohrverbindungen der Freileitung in Verbindung stehenden, festen Kontakten elektrisch leitend miteinander verbindet oder trennt, gekennzeichnet dadurch, daß ein aus der Ebene des Erdpotentials in die Ebene des Hochspannungspotentials oder zurück in einer parallel zur Stützerfluchtlinie liegenden Kreisbahn schwenkender, die Strombahn bei stets gleichbleibender paralleler Lage zur Einschalt- bzw. Ausschaltstellung derselben tragenden und führenden, aus elektrisch isolierendem Material bestehender Trägerarm seitlich neben den Stützisolatoren angeordnet ist.
2. 2. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das für die Schwenkbewegung des Trägerarmes maßgebliche Drehlager zwischen oder außerhalb der Stützisolatoren, jedoch parallel zu deren gerader Verbindungslinie angeordnet ist.
3. 3. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der schwenkende Trägerarm als Parallelogrammgestänge ausgebildet ist.
4. 4. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der schwenkende Trägerarm nach dem Verbinden der festen Kontakte mit der Strombahn in seiner Schwenkstellung verbleibt.
5. 5. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der schwenkende Trägerarm nach dem Verbinden der festen Kontakte mit der Strombahn ohne dieselbe wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt.
6. 6. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die festen Kontakte und/oder der Trägerarm und/oder die Strombahn mit Gehäusen versehen sind.
7. 7. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß beiderseits der Stützisolatoren je ein Trägerarm, die beide funktionell miteinander verbunden sind, angeordnet ist.
8. 8. Hochspannungs-Schwenktrennschalter nach Punkt 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß jeweils zwei durch Traversen miteinander verbundene Stützisolatoren vorgesehen sind, zwischen denen der Trägerarm angeordnet ist.

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