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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter, insbesondere
für die Mittelspannungstechnik, mit den Merkmalen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der europäischen Patentschrift
EP 1 317 787 ist ein derartiger Leistungsschalter
bekannt. Dieser Leistungsschalter umfasst ein Gehäuse,
in dem ein Schaltelement angeordnet ist. Zur Isolation des Schaltelements
wird der Einsatz von Öl oder SF
6-Gas empfohlen.
Das Schaltelement weist eine Längsrichtung auf, die der
Stromflussrichtung eines bei eingeschaltetem Schaltelement von diesem
geführten Stromes entspricht.
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Die
erwähnte europäische Patentschrift offenbart außerdem
einen Leistungsschalter einer anderen Art, bei der ein Schaltelement
außerhalb, und zwar auf einem Gehäuse angeordnet
ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Antrieb zum
Umschalten des außerhalb des Gehäuses befindlichen Schaltelements.
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Leistungsschalter
mit Schaltelementen der letzteren Art, also solche mit einem Schaltelement außerhalb
des Gehäuses, sind außerdem in den
US-Patentschriften 6,760,206 und
6,858,172 beschrieben. Bei
diesen Leistungsschaltern handelt es sich um dreipolige Leistungsschalter,
bei denen drei Schaltelemente außerhalb des Gehäuses
in Reihe, also auf einer gedachten Linie, angeordnet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter anzugeben,
der derart konstruiert ist, dass er eine möglichst kleine
Bauform ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Leistungsschalter der eingangs
angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Leistungsschalter dreipolig ausgebildet ist und drei Schaltelemente
aufweist, deren Längsrichtungen parallel sind, wobei die
drei Schaltelemente in einer senkrecht zu den besagten Längsrichtungen
liegenden Querschnittsebene nebeneinander liegen und Eckpunkte eines
gedachten bzw. virtuellen Dreiecks bilden.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Leistungsschalters
ist darin zu sehen, dass dieser sehr kompakt ausgeführt
werden kann, weil die Schaltelemente nicht in Reihe, sondern in
einer Querschnittsfläche räumlich verteilt angeordnet
sind, wodurch Einbauvolumen eingespart wird.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Leistungsschalters besteht darin, dass das Gesamtgewicht des Leistungsschalters deutlich
geringer ist als bei bisherigen Leistungsschaltern, weil aufgrund
des geringeren Schaltervolumens weniger Gehäuse und damit
weniger Gehäusematerial notwendig ist.
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Ein
dritter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Leistungsschalters besteht darin, dass aufgrund der Gewichtsersparnis
und der Größenreduktion verbesserte Montagemöglichkeiten
an Leitungsmasten und dergleichen bereitgestellt werden.
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Um
einen besonders kompakten Aufbau und damit ein besonders geringes
Gewicht zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die
drei Schaltelemente „symmetrisch" angeordnet sind und beispielsweise
Eckpunkte eines gedachten bzw. virtu ellen gleichseitigen Dreiecks
bilden. Der Abstand der Eckpunkte wird vorzugsweise so gewählt,
dass der dielektrisch notwendige Abstand zwischen den elektrischen
Phasen bzw. Polen untereinander und der dielektrisch notwendige
Abstand zwischen den elektrischen Phasen bzw. den Polen und dem
Gehäuse für den Schalterbetrieb eingehalten werden.
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Vorzugsweise
weist das Gehäuse eine Deckwand auf, durch die zwei obere,
mit einem der drei Schaltelemente in Verbindung stehende Durchführungselemente
durchgeführt sind. Die zwei oberen Durchführungselemente
liegen bevorzugt in Längsrichtung des zugeordneten Schaltelements hintereinander.
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Im
Hinblick auf einen kompakten Gehäuseaufbau wird es als
vorteilhaft angesehen, wenn an die Deckwand zwei Seitenwände
angrenzen, die bevorzugt jeweils zur Deckwand einen Winkel zwischen 115
Grad und 125 Grad, vorzugsweise von 120 Grad, aufweisen.
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Durch
jede der beiden Seitenwände können beispielsweise
jeweils zwei seitliche Durchführungselemente hindurchgeführt
sein, denen jeweils ein und dasselbe Schaltelement elektrisch zugeordnet
ist; die Durchführungselemente liegen auf jeder Seitenwand in
Längsrichtung des zugeordneten Schaltelements gesehen bevorzugt
hintereinander.
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Die
oberen Durchführungselemente und die seitlichen Durchführungselemente
stellen beispielsweise jeweils einen äußeren Anschluss
des Leistungsschalters zur Verfügung.
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Weiterhin
weist das Gehäuse vorzugsweise eine zum Abstellen des Leistungsschalters
geeignete Grundwand auf, die beispielsweise zur Deckwand parallel
verläuft. Mit Blick auf ei nen besonders kompakten Aufbau
kann das Gehäuse außerdem zwei Verbindungswände
aufweisen, von denen eine die Grundwand mit einer der beiden Seitenwände
und von denen die andere die Grundwand mit der anderen der beiden
Seitenwände verbindet.
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Bevorzugt
weist zumindest eine der Verbindungswände zur Grundwand
und/oder zur zugeordneten Seitenwand einen Winkel zwischen 115 Grad und
125 Grad, vorzugsweise von 120 Grad, auf.
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Die
Längsrichtungen der Schaltelemente sind vorzugsweise parallel
zur Längsrichtung des Gehäuses ausgerichtet.
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Die
Durchführungselemente können beispielsweise jeweils
einen äußeren, außerhalb des Gehäuses
befindlichen Durchführungsabschnitt und einen inneren,
innerhalb des Gehäuses befindlichen Durchführungsabschnitt
aufweisen, wobei die beiden Durchführungsabschnitte aus
unterschiedlichen Materialien bestehen oder unterschiedliche Materialien aufweisen.
Eine solche unterschiedliche Materialwahl ermöglicht eine
gezielte Kostenoptimierung: Beispielsweise ist das Material des äußeren
Durchführungsabschnitts freilufttauglich und das Material des
inneren Durchführungsabschnitts nicht freilufttauglich.
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Vorzugsweise
besteht das Material des äußeren Durchführungsabschnitts
aus Silikon oder weist Silikon auf, und das Material des inneren Durchführungsabschnitts
besteht aus einem silikonfreien Material.
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Um
eine einfache Strommessung zu ermöglichen, wird es als
vorteilhaft angesehen, wenn für jeden Schalterpol jeweils
zumindest ein Durchführungselement mit einem Stromwandler
ausgestattet ist.
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Zusätzlich
oder alternativ kann für jeden Schalterpol jeweils zumindest
ein Durchführungselement mit einem kapazitiven oder ohmschen
Spannungsteiler ausgestattet sein, um eine Spannungsmessung zu ermöglichen.
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Bei
dem Leistungsschalter kann es sich beispielsweise um einen Mittelspannungsfreiluftschalter,
der fachsprachlich auch als Recloser, Autorecloser oder Automatic
Circuit Recloser bezeichnet wird, handeln, also einen Schalter,
der bis zu Spannungen von ca. 52 kV einsetzbar ist.
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Die
Schaltelemente weisen vorzugsweise Vakuumschaltröhren auf;
alternativ können aber auch Schaltelemente bzw. -röhren
verwendet werden, die mit SF6-Gas oder Öl
gefüllt sind.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Leistungsschalters, bei dem in einem Gehäuse mindestens
ein Schaltelement angeordnet wird, wobei jedes Schaltelement jeweils
eine Längsrichtung aufweist, die der Stromflussrichtung
bei eingeschaltetem Schaltelement entspricht.
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Um
bei einem solchen Verfahren eine möglichst kleine Baugröße
zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass der Leistungsschalter dreipolig ausgebildet wird und mit drei
Schaltelementen ausgestattet wird, deren Längsrichtungen
parallel ausgerichtet werden, wobei die drei Schaltelemente in einer
senkrecht zu den besagten Längsrichtungen liegenden Querschnittsebene
nebeneinander derart angeordnet werden, dass die Schaltelemente
Eckpunkte eines gedachten bzw. virtuellen Dreiecks bilden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein
Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Leistungsschalter in einer dreidimensionalen Sicht von der Seite,
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2 den
Leistungsschalter gemäß 1 in einer
Sicht von oben,
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3 den
Leistungsschalter gemäß 1 in einem
Querschnitt gemäß der in der 2 definierten
Schnittebene,
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4 ein
Ausführungsbeispiel für ein Schaltelement mit
den daran angeschlossenen Durchführungselementen für
den Leistungsschalter gemäß den 1 bis 3,
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5 das
Schaltelement mit den zugeordneten Durchführungselementen
in einer Sicht von oben,
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6 das
Schaltelement gemäß 4 in einer
Sicht von vorn,
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7 ein
Ausführungsbeispiel für ein Durchführungselement
für den Leistungsschalter gemäß 1 in
einer dreidimensionalen Sicht,
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8 das
Durchführungselement gemäß 7 in
einer Sicht von unten,
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9 das
Durchführungselement gemäß 7 in
einer seitlichen Sicht mit einem darin integrierten Stromwandler
sowie mit einem darin integrierten kapazitiven Spannungsteiler,
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10 ein
Ausführungsbeispiel für einen äußeren
Durchführungsabschnitt eines Durchführungselements
mit kapazitivem Spannungsteiler, jedoch ohne integriertem Stromwandler,
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11 den äußeren
Durchführungsabschnitt gemäß 10 in
einem Querschnitt,
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12 ein
Ausführungsbeispiel für ein Durchführungselement
mit einem einteiligen Aufbau,
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13 das
Durchführungselement gemäß 12 in
einer anderen Sicht und
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14 das
Durchführungselement gemäß 12 in
einem Querschnitt.
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In
den 1 bis 14 werden der Übersicht
halber für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben
Bezugszeichen verwendet.
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In
der 1 erkennt man ein Ausführungsbeispiel
für einen Mittelspannungs-Freiluftschalter 5 in
einer dreidimensionalen Sicht von der Seite. Man sieht ein Gehäuse 10 mit
einer oberen Deckwand 20, auf der zwei obere Durchführungselemente 30 und 40 montiert
sind. Entlang der Gehäuselängsrichtung Z befindet
sich das obere Durchführungselement 30 vor dem
oberen Durchführungselement 40.
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Außerdem
erkennt man in der 1 zwei Seitenwände
des Gehäuses 10, und zwar eine linke Seitenwand 50 sowie
eine rechte Seitenwand 60. Auf jeder der beiden Seitenwände 50 und 60 sind
jeweils zwei Durchführungselemente montiert, die auf jeder der
beiden Seitenwände jeweils in der Gehäuselängsrichtung
Z hintereinander liegen. Die Durchführungselemente sind
in der 1 mit den Bezugszeichen 70 und 80 für
die linke Seitenwand 50 sowie mit den Bezugszeichen 90 und 100 für
die in der 1 rechte Seitenwand 60 bezeichnet.
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Außerdem
ist in der 1 eine vordere Endwand 110 sowie
eine hintere Endwand 120 erkennbar. Die beiden Endwände 110, 120 dienen
zur mechanischen Befestigung von innerhalb des Gehäuses 10 befindlichen
Schaltelementen; dies wird weiter unten noch näher erläutert.
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Die äußeren
elektrischen Anschlüsse der Durchführungselemente
sind in der 1 mit den Bezugszeichen 30', 40', 70', 80', 90' und 100' gekennzeichnet.
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In
der 2 ist der Leistungsschalter 5 gemäß 1 in
einer Sicht von oben dargestellt. Man erkennt die sechs Durchführungselemente 30, 40, 70, 80, 90 und 100,
die an der Deckwand 20 sowie den beiden Seitenwänden 50 und 60 montiert
bzw. durch diese hindurchgeführt sind. Außerdem
ist die Gehäuselängsrichtung Z eingezeichnet.
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In
der 3 ist der Leistungsschalter 5 gemäß 1 in
einem Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2 dargestellt.
Die Querschnittsfläche Q liegt somit senkrecht zur Gehäuselängsrichtung
Z.
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In
der 3 ist darüber hinaus erkennbar, dass
die Durchführungselemente jeweils zwei Durchführungsabschnitte
aufweisen, nämlich einen äußeren Durchführungsabschnitt,
der außerhalb des Gehäuses liegt, und einen inneren
Durchführungsabschnitt, der innerhalb des Gehäuses 10 befindlich
ist. Der äußere Durchführungsabschnitt
des Durchführungselements 70 ist mit dem Bezugszeichen 70a und
der innere Durchführungsabschnitt mit dem Bezugszeichen 70b gekennzeichnet.
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Außerdem
sind in der 3 Schaltelemente 200, 210 und 220 erkennbar,
die „symmetrisch" angeordnet sind und Eckpunkte eines gedachten gleichseitigen
Dreiecks bilden, bei dem alle Seiten im Wesentlichen gleich lang
sind und einen Winkel von zumindest annäherungsweise 60
Grad aufweisen. Das gedachte gleichseitige Dreieck D ist in der 3 durch
eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Es
lässt sich erkennen, dass die drei Schaltelemente 200, 210, 220 jeweils
durch die zugeordneten Durchführungselemente gehalten werden,
die an der Deckwand 20 bzw. den beiden Seitenwänden 50 und 60 montiert
sind. Um eine darüber hinaus gehende stabile Lage der Schaltelemente
innerhalb des Gehäuses 10 zu erreichen, ist jedes
der Schaltelemente jeweils mit zwei Stabilisierungsstangen ausgestattet,
die in der 3 mit dem Bezugszeichen 240 und 250 gekennzeichnet
sind. Es lässt sich erkennen, dass bei jedem Schaltelement
die Stabilisierungsstangen geringfügig gedreht angeordnet
ist, so dass eine der beiden Stabilisierungsstangen, nämlich
die Stabilisierungsstange 240, näher an dem zugeordneten
Durchführungselement liegt als die jeweils andere Stabilisierungsstange 250.
Die Stabilisierungsstangen 240 und 250 stehen
jeweils mit der vorderen und hinteren Endwand 110 und 120 in
Verbindung, um eine stabile Lage zu gewährleisten.
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Die
Schaltelemente können beispielsweise durch Schaltröhren
gebildet sein, beispielsweise durch Vakuumschaltröhren
oder durch Schaltröhren, die mit SF6-Gas
gefüllt sind.
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In
der 3 sieht man außerdem eine Grundwand 260,
die parallel zur Deckwand 20 angeordnet ist und an zwei
Verbindungswände 265 und 270 angrenzt,
von denen eine die Grundwand 260 mit der linken Seitenwand 50 und
die andere die Grundwand 260 mit der rechten Seitenwand 60 verbindet.
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Die
Deckwand 20 und die zwei Seitenwände 50 bzw. 60 weisen
zueinander vorzugsweise jeweils einen Winkel zwischen 115 Grad und
125 Grad, vorzugsweise von 120 Grad, auf.
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Die
Verbindungswände 265 und 270 bilden mit
der Grundwand 260 und der zugeordneten Seitenwand 50 bzw. 60 jeweils
einen Winkel zwischen 115 Grad und 125 Grad, vorzugsweise von 120
Grad.
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In
der 4 ist beispielhaft die Anordnung bestehend aus
den beiden Durchführungselementen 30 und 40 sowie
dem zugehörigen Schaltelement 200 in einer seitlichen
Sicht bzw. im Längsschnitt dargestellt. Es lässt
sich erkennen, dass das Schaltelement 200 einen Schaltabschnitt 300,
einen mechanischen Antriebsabschnitt 310, einen mechanischen Betätigungsabschnitt 320 sowie
einen Anschluss 330 zum Anschluss eines externen Antriebs
aufweist. Der mechanische Betätigungsabschnitt 320 kann
beispielsweise durch eine Stange gebildet sein, die durch ein Hin-
und Herschieben entlang der Gehäuselängsrichtung
bzw. der Z-Richtung den Schaltabschnitt 300 ein- bzw. ausschaltet.
Die Gehäuselängsrichtung Z und die Längsrichtung
Z' des Schaltelements 200 sind zueinander pa rallel, so
dass die Stromflussrichtung I eines durch das Schaltelement 200 fließenden
Stromes mit der Längsrichtung Z' des Schaltelements 200 zusammenfällt
und parallel zur Gehäuselängsrichtung Z verläuft.
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Außerdem
lässt sich erkennen, dass das obere Durchführungselement 40 mit
einem kapazitiven Spannungsteiler ausgestattet ist, der mit dem Bezugszeichen 340 gekennzeichnet
ist.
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Die
in der 4 dargestellte Anordnung der Durchführungselemente
und des zugehörigen Schaltelements ist bei den übrigen
Durchführungselementen bzw. den übrigen Schaltelementen 210 und 220 entsprechend.
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In
der 5 ist die Anordnung der beiden Durchführungselemente 30 und 40 sowie
der zugehörigen Stabilisierungsstangen 240 und 250 in
einer Sicht von oben dargestellt. Außerdem lässt
sich der mechanische Betätigungsabschnitt 320 sowie
der Anschluss 330 erkennen.
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Die 6 zeigt
eine alternative Anordnung der Stabilisierungsstangen 240 und 250,
die sich von der in der 3 gezeigten Anordnung unterscheidet. Im
Unterschied zu dem Beispiel gemäß 3 ist
bei dem Beispiel gemäß 6 die Anordnung
der Stabilisierungsstangen 240 und 250 relativ
zum zugeordneten Durchführungselement symmetrisch, so dass beide
Stabilisierungsstangen 240 und 250 denselben Abstand
zum zugehörigen Durchführungselement bzw. zur
zugeordneten Befestigungsfläche, an der das zugehörige
Durchführungselement befestigt ist, aufweisen.
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In
der 7 erkennt man ein Ausführungsbeispiel 400 für
die Durchführungselemente 30, 40, 70, 80, 90 und 100.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 handelt
es sich um ein Durchführungselement, bei dem der äußere
Durchführungsabschnitt 400a aus einem anderen
Material besteht als der innere Durchführungsabschnitt 400b.
Der äußere elektrische Anschluss ist mit dem Bezugszeichen 400' gekennzeichnet.
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Die 8 zeigt
das Durchführungselement in einer Sicht von unten. Man
erkennt Bohrungen 405, die ein Befestigen bzw. Anschrauben
des Durchführungselements 400 auf bzw. an einer
Seitenwand eines Gehäuses ermöglichen.
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In
der 9 ist das Durchführungselement 400 in
einem Schnitt gezeigt. Man erkennt den äußeren
Durchführungsabschnitt 400a sowie den inneren Durchführungsabschnitt 400b sowie,
dass diese aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Außerdem ist
ersichtlich, dass in dem äußeren Durchführungsabschnitt 400a ein
Stromwandler 420 integriert ist.
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Darüber
hinaus ist das Durchführungselement 400 mit einem
kapazitiven Spannungsteiler 425 ausgestattet, der sich
sowohl in den inneren Durchführungsabschnitt 400b als
auch in den äußeren Durchführungsabschnitt 400a erstreckt.
Der kapazitive Spannungsteiler 425 bildet außerdem
eine Abschirmung zur Beeinflussung des elektrischen Feldes im Durchführungsbereich
durch die Gehäusewand.
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Der
obere Durchführungsabschnitt 400a besteht vorzugsweise
aus einem freilufttauglichen Material; darunter ist ein Material
zu verstehen, das den Einsatz des oberen Durchführungsabschnitts 400a in freier
Umgebung ermöglicht. Ein geeignetes freilufttaugliches
Material ist beispielsweise freilufttauglicher Kunststoff, zum Beispiel
in Form eines Cycloaliphatischen Gießharzes, oder Silikon.
Der innere Durchführungsab schnitt 400b besteht
vorzugsweise, beispielsweise aus Kostengründen, aus einem
nichtfreilufttauglichen Material, wie beispielsweise einem nichtfreilufttauglichen
Gießharz oder einem Thermoplast wie zum Beispiel EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk).
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In
den 10 und 11 erkennt
man ein alternatives Ausführungsbeispiel für den äußeren Durchführungsabschnitt 400a des
Durchführungselements 400 gemäß 7.
Der äußere Durchführungsabschnitt 400a unterscheidet
sich von dem äußeren Durchführungsabschnitt
gemäß 9 darin, dass ein integrierter
Stromwandler weggelassen worden ist. Der obere Durchführungsabschnitt 400a ist lediglich
mit einem kapazitiven Spannungsteiler 425 ausgestattet.
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In
den 12, 13 und 14 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Durchführungselement 400 gezeigt,
das für den Leistungsschalter gemäß 1 geeignet
ist. Die 12 und 13 zeigen
das Durchführungselement 400 in einer dreidimensionalen
Sicht.
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Die 14 stellt
das Durchführungselement im Querschnitt dar. Man erkennt,
dass sowohl der innere Durchführungsabschnitt 400b als
auch der äußere Durchführungsabschnitt 400a aus
ein und demselben Material bestehen. Dies Material ist vorzugsweise
freilufttauglich, damit der Leistungsschalter 5 außen,
beispielsweise an Masten von Freileitungsnetzen, montiert werden
kann. Das Durchführungselement 400 ist sowohl
mit einem Stromwandler 420 als auch mit einem kapazitiven.
Spannungsteiler 425 ausgestattet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1317787 [0002]
- - US 6760206 [0004]
- - US 6858172 [0004]