DE10040912C2 - Elektrische Anlage, insbesondere für den Mittelspannungsbereich, mit einem mittels Kurbelantrieb verfahrbaren Einfahreinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage für den Mittelspannungsbereich mit zumindest einem elektrischen Funktionsmodul, wobei das Funktionsmodul einen Mittelspan­ nungsschalter aufweist, wobei der Mittelspannungsschalter zumindest zwei zueinander komplementäre und miteinander verbindbare Kontaktpaare aufweist, wobei die Kontakte des ersten Kontaktpaares ortsfest in dem Funktionsmodul befe­ stigt sind und wobei die Kontakte des zweiten Kontaktpaa­ res auf einem gegenüber dem ersten Kontaktpaar verfahrba­ ren Einfahreinsatz angebracht sind, wobei der Einfahrein­ satz zwischen einer Ausstellung, optional einer Prüfstel­ lung, und einer Betriebsstellung verfahrbar ist, wobei der Einfahreinsatz mittels eines Kurbelantriebes, aufweisend i) eine um eine Drehachse umlaufende Kurbelscheibe, ii) ein Pleuelelement, dessen erstes Ende außerhalb der Dreh­ achse an der Kurbelscheibe angelenkt ist, und iii) eine um die Drehachse umlaufende Antriebsfläche, verfahrbar ist, wobei die Drehachse an dem Einfahreinsatz fixiert und das zweite Ende des Pleuelelements ortsfest angelenkt ist, oder wobei die Drehachse ortsfest und das zweite Ende des Pleuelelements an dem Einfahreinsatz angelenkt ist. - Elektrische Anlagen im Sinne der Erfindung dienen im wei­ testen Sinne der elektrischen Energieverteilung, umfassen also neben Schaltanlagen beispielsweise auch Umspannanla­ gen. Erfindungsgemäße elektrische Anlagen können im Nie­ der- und im Mittelspannungsbereich betrieben werden. Als Mittelspannungsbereich ist bezeichnet eine Betriebsspan­ nung von mehr als 1 kV bis ca. 40 kV, wobei die Obergrenze auch höher liegen kann. Der Niederspannungsbereich er­ streckt sich von 110 V bis 1 kV. Üblicherweise wird mit Luft als Isolationsmittel gearbeitet. Elektrische Funktionsele­ mente einer elektrischen Anlage für den Mittelspannungsbe­ reich können beispielsweise Sammelschienen, Leistungschal­ ter, Transformatoren, Kabelanschlußelemente u. ä. sein. Dabei sind die Funktionsmodule in der Regel über die Sam­ melschienen elektrisch miteinander verbunden. Elektrische Funktionsmodule sind funktionell voneinander unabhängige (bis auf die Energiezuführung über Sammelschienen) bauli­ che Einheiten, aus welchen durch Aneinanderreihung die elektrische Anlage gebildet wird. Mittelspannungsschalter können Trennschalter, Lasttrennschalter, Leistungsschalter oder Schütze sein.

Eine elektrische Anlage des eingangs genannten Aufbaus ist aus der Literaturstelle DE 296 01 101 U1 bekannt. Hierbei wird die Antriebskraft über eine Spindelmutter sowie einen Führungszapfen auf einen Schwenkhebel übertragen. Hierzu greift ein Führungszapfen in ein Langloch ein mit der Fol­ ge, daß eine optimale Kraftübertragung nur in einer einzi­ gen Position, nämlich bei tangentialer Position des Füh­ rungszapfens, erfolgt. Die tangentiale Position wird je­ doch lediglich im Mittenbereich der Vorschubbewegung durchlaufen mit der Folge, daß gerade im Endbereich, in welchem die kraftaufwändige Kontaktierung/Lösung erfolgt, die kraftverhältnisse suboptimal sind mit der Folge einer notwendigerweise relativ leistungsstarken Auslegung des Antriebsmotors.

Aus dem Dokument DE 15 90 206 A ist ein Antrieb für einen Einfahreinsatz bekannt, bei welchem eine Kraftübertragung mittels einer ein Parallelogramm bildenden Doppelstange erfolgt. Dies resultiert in sehr ungünstigen Kraftverhält­ nissen gerade in den Endpositionen des Antriebs. Aus dem Dokument US 4 743 715 ist der modulare Aufbau einer elek­ trischen Anlage bekannt. Das Dokument DE 40 15 040 C2 of­ fenbart eine Schalteinrichtung mit verbesserter Anordnung der Hauptstromleiter.

Eine klassisch aufgebaute elektrische Anlage ist aus der Praxis bekannt. Dabei wird der Einfahreinsatz über ein einfaches Spindelgetriebe linear angetrieben. Hierbei er­ gibt sich die folgende Problematik. Über den gesamten Fahrweg herrschen keine konstanten Widerstände für das Verfahren des Einfahreinsatzes. Vielmehr sind solche Wi­ derstände im Bereich der Ausstellung (= alle Kontakt of­ fen) und beim Verfahren in Richtung der Betriebsstellung (= Kontakte geschlossen), ggf. durch die Prüfstellung (= Kontakte offen, Hilfskontakte geschlossen), zunächst relativ klein. Sobald jedoch die Kontaktpaare einander berühren und die zueinander komplementären Kontakte inein­ andergeschoben werden, steigen die Widerstandskräfte stark an aufgrund der nunmehr neben den Fahrkräften zusätzlich auftretenden Kontaktierkräfte. Entsprechendes gilt beim Lösen der Kontakte. Gerade beim Kontaktieren ist zudem ein sicherer Antrieb des Einfahreinsatzes erforderlich. Dies bedeutet, daß Antriebe des Einfahreinsatzes nach Maßgabe dieser hohen Widerstandskräfte zu dimensionieren sind und hohe maximale Antriebskräfte aufbringen müssen. Bei manu­ eller Betätigung sind entsprechend untersetzte Getriebe einzurichten mit der Folge, daß die Betätigung langwierig wird. All dies stört aus Gründen des Aufwandes.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine elektrische Anlage anzugeben, deren Ein­ fahreinsatz mit reduzierten Antriebskräften sicher in die Betriebposition und aus der Betriebsposition in die Prüf­ position fahrbar ist.

Zur Lösung dieses Problems lehrt die Erfindung eine elek­ trische Anlage, insbesondere für den Mittelspannungsbe­ reich, mit zumindest einem elektrischen Funktionsmodul, wobei das Funktionsmodul einen Mittelspannungsschalter aufweist, wobei der Mittelspannungsschalter zumindest zwei zueinander komplementäre und miteinander verbindbare Kon­ taktpaare aufweist, wobei die Kontakte des ersten Kontakt­ paares ortsfest in dem Funktionsmodul befestigt sind und wobei die Kontakte des zweiten Kontaktpaares auf einem gegenüber dem ersten Kontaktpaar verfahrbaren Einfahrein­ satz angebracht sind, wobei der Einfahreinsatz zwischen einer Ausstellung, optional einer Prüfstellung, und einer Betriebsstellung verfahrbar ist, wobei der Einfahreinsatz mittels eines Kurbelantriebes, aufweisend i) eine um eine Drehachse umlaufende Kurbelscheibe, ii) ein Pleuelelement, dessen erstes Ende außerhalb der Drehachse an der Kurbel­ scheibe angelenkt ist, und iii) eine um die Drehachse um­ laufenden Antriebsfläche verfahrbar ist, wobei die An­ triebsfläche auf einer Kreisbahn um die Drehachse umläuft, und wobei die Drehachse an dem Einfahreinsatz fixiert und das zweite Ende des Pleuelelements ortsfest angelenkt ist, oder wobei die Drehachse ortsfest und das zweite Ende des Pleuelelements an dem Einfahreinsatz angelenkt ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß in der Betriebspositi­ on die beiden Enden des Pleuelelements und die Drehachse im wesentlichen miteinander fluchten. Der Einfahreinsatz läßt sich nur in einer Raumdimension bewegen, typischer­ weise in horizontaler Richtung. Die Drehachse der Kurbel­ scheibe ist zweckmäßigerweise orthogonal zur Bewegungs­ richtung des Einfahreinsatzes.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mittels eines Kurbelantriebes sich eine nichtlineare Antriebskraft bzw. Ausgangskraft zwischen dem zweiten Ende des Pleuelelements und der Drehachse bei gleichförmiger Antriebskraft bzw. Eingangskraft an der Antriebsfläche einrichten läßt. Die Ausgangskraft ist am höchsten, wenn die beiden Enden des Pleuelelements und die Drehachse miteinander fluchten. Es wird ein Kniehebeleffekt erreicht. Die Ausgangskraft ist am niedrigsten, wenn die Verbindungslinien einerseits zwi­ schen den beiden Endes des Pleuelelements und andererseits zwischen dem ersten Ende des Pleuelelements und der Dreh­ achse orthogonal zueinander stehen. Die Dimensionierung der Abstände Drehachse/erstes Ende und erstes Ende/zweites Ende kann nach den Regeln der Hebelgesetze unschwer dem konkreten Bedarf, insbesondere der Kontaktierungskräfte, angepaßt werden. Im Ergebnis ist zum Antrieb der Antriebs­ fläche lediglich ein Antrieb mit vergleichsweise geringer Leistung erforderlich. Im Falle eines manuellen Antriebs kann mit vergleichsweise geringer Untersetzung gearbeitet werden. Hinzu kommt in vorteilhafter Weise, daß bei kon­ stanter Antriebsgeschwindigkeit im Bereich der Antriebs­ fläche die Bewegungsgeschwindigkeit des Einfahreinsatzes beim Verfahren zwischen den Endpositionen hoch, jedoch insbesondere beim Kontaktieren gering ist.

Die Antriebsfläche kann beispielsweise als Schnecken­ radverzahnung ausgebildet sein, welche mit einer Schnecke kämmt. Andere formschlüssige oder kraftschlüssige An­ triebsverbindungen sind selbstverständlich ebenfalls mög­ lich. Die Antriebsfläche kann mittels eines elektromotori­ schen Antriebes antreibbar sein. Im Falle des Einsatzes einer Schnecke wird diese dann, ggf. über ein Unterset­ zungsgetriebe, mittels des elektromotorischen Antriebes rotierend angetrieben. In diesen Zusammenhängen können auch Positionskontakte vorgesehen sein, welche durch ge­ eignete Betätigungselemente am Einfahreinsatz oder einem umgebenden Gehäuse einen Kontrollkontakt schließen oder öffnen bei Erreichen einer definierten Position. Dann kann der Antrieb vollautomatisch gestaltet werden.

Selbstverständlich ist auch ein manueller Antrieb, bei­ spielsweise mittels einer Betätigungskurbel alternativ oder als Zusatznotfunktionalität einrichtbar. Im Falle einer Schnecke kann dann die Betätigungskurbel direkt oder über ein Untersetzungs- und/oder Umlenkgetriebe betätigbar sein.

Wenn der Mittelspannungsschalter ein Leistungsschalter ist, wird in der Regel ein erster Kontakt des ersten Kon­ taktpaares mit einer Sammelschiene elektrisch verbunden und ein zweiter Kontakt des ersten Kontaktpaares mit einer Abgangseinheit elektrisch verbunden sein. Die beiden Kon­ takte des zweiten Kontaktpaares sind dann miteinander elektrisch verbunden.

Der zweite Kontakt des ersten Kontaktpaares kann mit der Abgangseinheit zusammen zu einer baulichen Einheit vergos­ sen sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1: einen schematischen Querschnitt durch ein Funkti­ onsmodul in einer Ebene orthogonal zur Bewegungs­ richtung eines Einfahreinsatzes,

Fig. 2: einen schematischen Querschnitt in Richtung ortho­ gonal zur Darstellung der Fig. 1 und

Fig. 3: eine Ansicht eines Einfahreinsatzes im Bereich des Kurbelantriebes.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man ein elektrisches Funk­ tionsmodul 1, wobei das Funktionsmodul 1 einen Mittelspannungsschalter 2 aufweist. Eine vergleichende Betrachtung der beiden Figuren läßt erkennen, daß der Mit­ telspannungsschalter 2 in dreifacher Anordnung jeweils zwei zueinander komplementäre und miteinander verbindbare Kontaktpaare 3, 4 aufweist, wobei die Kontakte 5, 6 des er­ sten Kontaktpaares 3 ortsfest in dem Funktionsmodul 1 be­ festigt sind und wobei die Kontakte 7, 8 des zweiten Kon­ taktpaares 4 auf einem gegenüber dem ersten Kontaktpaar 3 verfahrbaren Einfahreinsatz 9 angebracht sind. Der Ein­ fahreinsatz 9 ist zwischen einer Ausstellung, einer Prüf­ stellung und einer Betriebsstellung verfahrbar. Darge­ stellt ist die Prüfstellung.

Insbesondere der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß der Ein­ fahreinsatz 9 mittels eines Kurbelantriebes 10 verfahrbar ist. Dieser weist auf: i) eine um eine Drehachse 11 umlau­ fenden Kurbelscheibe 12, ii) ein Pleuelelement 13, dessen erstes Ende 14 außerhalb der Drehachse 11 an der Kurbel­ scheibe 12 angelenkt ist, und iii) eine um die Drehachse 11 umlaufenden Antriebsfläche 15. Die Drehachse 11 ist an dem Einfahreinsatz 9 fixiert und das zweite Ende 16 des Pleuelelements 13 ist ortsfest angelenkt. Die Antriebsflä­ che 15 läuft auf einer Kreisbahn um die Drehachse 11 um. Der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, daß die Antriebsfläche 15 als Schneckenradverzahnung ausgebil­ det ist, welche mit einer Schnecke kämmt. Die Schnecke ist mittels eines elektromotorischen Antriebes 17 antreibbar.

Insbesondere der Fig. 2 wiederum entnimmt man, daß ein erster Kontakt 5 des ersten Kontaktpaares 3 mit einer Sam­ melschiene elektrisch verbunden ist, daß ein zweiter Kon­ takt 6 des ersten Kontaktpaares 3 mit einer Abgangseinheit 18 elektrisch verbunden ist, und daß die beiden Kontakte 7, 8 des zweiten Kontaktpaares 4 miteinander elektrisch verbunden sind. Der zweite Kontakt 6 des ersten Kontaktpaares 3 ist mit der Abgangseinheit 18 zusammen zu einer baulichen Einheit vergossen. Die Abgangseinheit kann beispielsweise Wandler, Kontakte, Isoliertulpen, Gegenkon­ takte für Erder usw. umfassen.

Claims (6)

1. Elektrische Anlage, insbesondere für den Mittelspan­ nungsbereich, mit zumindest einem elektrischen Funkti­ onsmodul (1), wobei das Funktionsmodul (1) einen Mit­ telspannungsschalter (2) aufweist, wobei der Mittels­ pannungsschalter (2) zumindest zwei zueinander komple­ mentäre und miteinander verbindbare Kontaktpaare (3, 4) aufweist, wobei die Kontakte (5, 6) des ersten Kontakt­ paares (3) ortsfest in dem Funktionsmodul (1) befestigt sind und wobei die Kontakte (7, 8) des zweiten Kontakt­ paares (4) auf einem gegenüber dem ersten Kontaktpaar (3) verfahrbaren Einfahreinsatz (9) angebracht sind, wobei der Einfahreinsatz (9) zwischen einer Ausstel­ lung, optional einer Prüfstellung, und einer Betriebs­ stellung verfahrbar ist,
wobei der Einfahreinsatz (9) mittels eines Kurbelan­ triebes (10), aufweisend i) eine um eine Drehachse (11) umlaufende Kurbelscheibe (12), ii) ein Pleuelelement (13), dessen erstes Ende (14) außerhalb der Drehachse (11) an der Kurbelscheibe (12) angelenkt ist, und iii) eine um die Drehachse (11) umlaufende Antriebsfläche (15) verfahrbar ist, wobei die Antriebsfläche (15) auf einer Kreisbahn um die Drehachse (11) umläuft, und
wobei die Drehachse (11) an dem Einfahreinsatz (9) fi­ xiert und das zweite Ende (16) des Pleuelelements (13) ortsfest angelenkt ist, oder
wobei die Drehachse (11) ortsfest und das zweite Ende (16) des Pleuelelements (13) an dem Einfahreinsatz (9) angelenkt ist.

2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, wobei die Antriebs­ fläche (15) als Schneckenradverzahnung ausgebildet ist, welche mit einer Schnecke kämmt.

3. Elektrische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebsfläche (15) mittels eines elektromotorischen Antriebes (17) antreibbar ist.

4. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Mittelspannungsschalter (2) ein Leistungs­ schalter oder ein Schütz ist.

5. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein erster Kontakt (5) des ersten Kontaktpaares (3) mit einer Sammelschiene elektrisch verbunden ist, daß ein zweiter Kontakt (6) des ersten Kontaktpaares (3) mit einer Abgangseinheit (18) elektrisch verbunden ist, und daß die beiden Kontakte (7, 8) des zweiten Kon­ taktpaares (4) miteinander elektrisch verbunden sind.

6. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Kontakt (6) des ersten Kontaktpaares (3) mit der Abgangseinheit (18) zusammen zu einer bau­ lichen Einheit vergossen ist.