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Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage, insbesondere eine Mittelspannungsschaltanlage, mit mindestens einem Schaltfeld, das mindestens einen Erdungsschalter sowie eine Sicherung aufweist, wobei der Erdungsschalter zu seiner Betätigung einen Kraftspeicherantrieb aufweist und ein erster Auslöser zum Entriegeln des Kraftspeicherantriebs vorgesehen ist.
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Aus der
deutschen Patentschrift 36 06 770 ist eine gasisolierte, gekapselte Schaltanlage der genannten Art beschrieben. Bei dieser Schaltanlage werden die Erdungsschalter bei einem Störlichtbogen innerhalb der Schaltanlage gemeinsam betätigt. Die Auslösung der Erdungsschalter erfolgt dann, wenn innerhalb des Schaltfeldes aufgrund eines Lichtbogens ein Überdruck entsteht, der über mindestens einen nachgiebigen Abschnitt oder ein Wandteil ein Gestänge des Auslösekraftspeichers betätigt. Die gleichzeitig als Kurzschlusseinrichtung dienenden Erdungsschalter werden dadurch geschlossen, so dass im Störlichtbogenfall vermieden wird, dass Lichtbogenzersetzungsprodukte aus der Schaltanlage austreten, denn die Lichtbogenenergie bzw. der durch den Lichtbogen erzeugte Überdruck führt zu einer Bewegung des nachgiebigen Wandteils, wodurch das Gestänge mit der Folge des Auslösens der Kraftspeicherantriebe betätigt wird, so dass sämtliche Erdungsschalter eingeschaltet und so unabhängig vom Ort des Lichtbogens die Energieeinspeisung in jedem Fall sicher unterbrochen wird, d. h. mit Sicherheit für das Einlegen der Erdungsschalter die einspeisende Zelle auch erfasst wird, die eine andere sein kann als die gestörte.
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Um die Betätigung der Erdungsschalter im Schaltfeld auch zur Absicherung bei Störfällen im Bereich der mit dem Schaltfeld verbundenen Verbraucher, der ein Elektromotor, ein Transformator oder ein anderer Stromverbraucher sein kann, nutzen zu können, wurde mit der
DE 40 00 721 A1 vorgeschlagen, den Verbrauchern zugeordnete Störungssensoren vorzusehen, die bei Erkennen einer Störung ein elektrisches Signal erzeugen, das zum Auslöser der Erdungsschalter weitergeleitet wird und deren Schließen bewirkt. Hierfür weist ein Kraftspeicher am Auslöser eine elektromagnetische Entriegelung auf, die durch das elektrische Signal betätigt wird, wenn ein solches bei einer Störung anliegt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanlage der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die ein Schalten des Erdungsschalters bei einer Störung ermöglicht und kostengünstig im Aufbau ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schaltanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Entriegelung des Kraftspeicherantriebs ist mit dem Auslösungsbetätiger der Sicherung beispielsweise über ein Gestänge, über ein Seilzugsystem oder eine andere Art mechanisches Getriebe miteinander gekoppelt. Der Erdungsschalter kann vorzugsweise so ausgeführt sein, dass er auch die Funktion eines Kurzschließers übernimmt. Der Kraftspeicher des Antriebs für den Erdungsschalter kann beispielsweise eine pyrotechnische Ladung sein, die durch Zünden der Ladung, beispielsweise über einen Schlagstift, „entriegelt“ wird. Vorzugsweise ist der Kraftspeicher allerdings ein Federkraftspeicher.
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Indem die Sicherung einen mechanisch wirkenden Auslösungsbetätiger aufweist, der mit dem Erdungsschalter gekoppelt ist und im Falle des Auslösens der Sicherung mittelbar oder unmittelbar auf den Auslöser des Erdungsschalters wirkt, ist es möglich, auf elektrische Sensoren zu verzichten. Elektrische Sensoren sind nicht nur teuer, sie benötigen auch eine ausfallsichere elektrische Energieversorgung. Aber auch das Bereitstellen einer ausfallsicheren elektrischen Energieversorgung ist aufwändig und teuer. Demgegenüber ist eine mechanische Auslösung des Erdungsschalters günstig und kann unabhängig von einer zusätzlichen Energieversorgung erfolgen.
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Die Kräfte, die durch den Auslösungsbetätiger zu erzeugen sind, müssen nicht hoch sein, da sie nicht zum Schalten des Erdungsschalters benötigt werden, sondern lediglich zum Entriegeln des Kraftspeicherantriebs. Innerhalb der Sicherungen können beispielsweise Bimetallstreifen eingesetzt werden, die mit einem Leiter der Schaltanlage derart gekoppelt sind, dass sie aufgrund Erwärmung bei zu hohen durch den Leiter fließenden Strömen derart ausgelenkt werden, dass sie den Kraftspeicherantrieb mechanisch entriegeln.
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Alternativ, aber weniger bevorzugt, kann die Sicherung auch einen elektromagnetischen Betätiger mit einer Magnetspule und einem Magnetanker aufweisen, wobei der Magnetanker im Falle eines Fehlerstroms als Auslösungsbetätiger wirkt oder einen Auslösungsbetätiger antreibt, wenn sich beispielsweise aufgrund des Fehlerstroms der Strom in der Magnetspule ändert, insbesondere erhöht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auch die Sicherung einen Kraftspeicher aufweist, der Auslösungsbetätiger der Sicherung durch den Kraftspeicher mit einer Kraft beaufschlagbar ist und Mittel zum Entriegeln des Kraftspeichers der Sicherung vorgesehen sind.
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Der Kraftspeicher der Sicherung kann beispielsweise ein verriegelbarer Federkraftspeicher sein. Der Federkraftspeicher kann beispielsweise mit einem Haltedraht verriegelt werden. Der Haltedraht kann hierfür beispielsweise an einer Seite durch einen elektrischen Auslösedraht gehalten sein, wobei im Falle eines Überstroms der Strom beispielsweise dann, wenn die Sicherung ausgelöst wird, derart in den Auslösedraht verlagert wird, dass der elektrische Auslösedraht schmilzt, so dass der Kraftspeicher freigegeben wird. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann der Haltedraht auf einer Seite mit einem thermischen Wächter befestigt sein, der beispielsweise bei Auftreten von hohen Temperaturen in der Sicherung schmilzt, so dass der Haltedraht und damit der Kraftspeicher freigegeben wird. Als thermischer Wächter kommt beispielsweise eine selektive Lötstelle in Betracht, die durch bei einer andauernden Überlast entstehende und nicht abführbare Wärme schmilzt. Insbesondere wenn sowohl der thermische Wächter als auch der elektrische Auslösedraht auf jeweils ein Ende des Haltedrahtes einwirken, gibt der Haltedraht sowohl bei einer Überlast als auch bei einem Kurzschluss den Kraftspeicher frei.
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Eine hierfür geeignete Sicherung, die auch als Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung ausgeführt sein kann, ist aus der
DE 199 17 425 A1 bekannt. Sie weist einen Schmelzleiter auf. Schmilzt der Schmelzleiter, wird der an der Schmelzstelle auftretende Lichtbogen dadurch gelöscht, dass der Schmelzleiter an einer Vielzahl von Stellen mechanisch zerrissen wird. Um das mechanische Zerreißen auszulösen, weist die vorbekannte Sicherung einen Auslöse- und Anzeigestift auf, der durch einen Federkraftspeicher betätigt wird. Der Federkraftspeicher wird durch einen Haltedraht verriegelt, der auf der einen Seite mit einem thermischen Wächter und auf der anderen Seite mit einem elektrischen Auslösedraht gehalten ist. Der Auslöse- und Anzeigestift ist im Rohrkörper der Sicherung gehalten und wird zur Anzeige, dass die Sicherung ausgelöst hat, nach außen geführt. Der Anzeige- und Auslösestift kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Auslösungsbetätiger für den Kraftspeicher des Erdungsschalters verwendet werden.
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Es sind auch andere Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen bekannt, die einen mit einer Federkraft eines Kraftspeichers beaufschlagbaren Schlagstift aufweisen, der bislang dazu verwendet wurde, den Schaltantrieb für einen Lasttrennschalter auszulösen. Demgemäß ist es des Weiteren bevorzugt, wenn der Auslösungsbetätiger der Sicherung ein Schlagstift und/oder die Sicherung eine Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung ist.
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Um den Stromzugang der Schaltanlage im Störungsfall oder zu Wartungszwecken der Schaltanlage vollständig vom Stromabgang trennen zu können, kann die Schaltanlage in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen Schalter, insbesondere einen Lasttrennschalter oder einen Leistungsschalter, aufweisen. Dabei ist vorzugsweise zwischen dem Auslösungsbetätiger der Sicherung und dem Schalter ein Zeitverzögerungsglied angeordnet, das das Auslösen des Antriebs für die Schalter um eine bestimmte Zeit, beispielsweise zwei Sekunden, verzögert. Eine Schmelzsicherung kann unter Umständen träge reagieren, beispielsweise dadurch, dass die durch einen Fehlerstrom aufgeschmolzene Stelle des Schmelzleiters durch einen Lichtbogen überbrückt wird. Ein Erdungsschalter ist dazu ausgelegt, die Fehlerströme sicher zu erden, und kann daher sofort bei Auslösen der Sicherung eingeschaltet werden. Schalter wie beispielsweise Lasttrennschalter und auch einige Leistungsschalter sind für das Schalten von hohen Fehlerströmen nicht ausgelegt. Erfindungsgemäß kann der Schalter bei Einsatz eines Zeitverzögerungsgliedes automatisch geöffnet werden, nachdem der Erdungsschalter einen Kurzschluss erzeugt hat und die Schaltanlage durch der Schaltanlage übergeordnete Schalter im Stromverteilungsnetz automatisch, beispielsweise von einer Leitstelle, vom Netz getrennt wurde. So wird in jedem Fall vermieden, dass der Schalter oberhalb des maximal zulässigen Schaltstroms geschaltet wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Zeitverzögerungsglied vorzugsweise zwischen dem Auslösungsbetätiger der Sicherung und dem Auslöser eines Antriebs für die Schalter vorgesehen. Die Ausschaltverzögerung kann aber ebenso bevorzugt auch dadurch verwirklicht werden, dass das Zeitverzögerungsglied zwischen einem Antrieb des Schalters und dem Schalter angeordnet ist. Das Zeitverzögerungsglied kann beispielsweise ein Dämpfungsglied sein, wobei der Schalterantrieb (beispielsweise ein Federkraftspeicherantrieb) gegen das Dämpfungsglied (beispielsweise eine Gasdruckfeder mit Verzögerungsglied) arbeitet, so dass bei Entriegeln des Schalterantriebs das Schalten der Schalter verzögert erfolgt.
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Der Erdungsschalter kann vorzugsweise gleichzeitig die Funktion eines Kurzschließers erfüllen.
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Die Erfindung ist insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen geeignet, deren Schaltfeld gasisoliert und gekapselt ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Prinzipskizze eines erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel; und
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2 eine Prinzipskizze eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist ein Teil eines Schaltfelds einer erfindungsgemäßen Schaltanlage mit einem ersten Phasenleiter 1 1, einem zweiten Phasenleiter 1 2 und einem dritten Phasenleiter 1 3, jeweils einem Schalter 2 1, 2 2, 2 3, zum Beispiel einen Lasttrennschalter oder einen Leistungsschalter, zum Öffnen und Schließen jedes der Leiter gezeigt. Jeder der Leiter 1 1, 1 2, 1 3 ist durch jeweils eine Sicherung 3 1, 3 2, 3 3, insbesondere eine Hochspannungs-Hochleistung-Sicherung, gegen Fehlerströme abgesichert. Außerdem weist jeder der Leiter 1 1, 1 2, 1 3 einen Abzweig für jeweils einen Erdungsschalter 4 1, 4 2, 4 3 bzw. Erdungsschalter und Kurzschließer auf, so dass die Leitung hierüber geerdet werden kann. Darüber hinaus ist ein Antrieb 5 vorgesehen, durch den alle Schalter 2 1, 2 2, 2 3 gemeinsam ein- bzw. ausgeschaltet werden können. Außerdem ist ein Kraftschalterantrieb 6 zum Schalten der Erdungsschalter vorgesehen, durch den die Erdungsschalter 4 1, 4 2, 4 3 gemeinsam eingeschaltet werden können.
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Die Sicherungen 3 1, 3 2, 3 3 weisen jeweils einen hier nicht dargestellten Schlagstift als Auslösungsbetätiger auf, der jeweils über eine hier als gestrichelte Linie dargestellte mechanische Kopplung 7 mit dem Antrieb für den Erdungsschalter derart verbunden ist, dass der Antrieb durch jeden einzelnen der Schlagstifte in Gang gesetzt werden kann, so dass der Erdungsschalter einschaltet und somit alle Leiter geerdet werden. Darüber hinaus ist der Erdungsschalterantrieb 6 über eine hier ebenso als gestrichelte Linie dargestellte mechanische Kopplung 8 mit dem Antrieb 5 für die Schalter 2 1, 2 2, 2 3 verbunden, und zwar so, dass der Antrieb 5 in Gang gesetzt wird, nachdem der Kraftspeicherantrieb 6 für die Erdungsschalter 4 1, 4 2, 4 3 ausgelöst wurde. Damit das Ausschalten der Schalter 2 1, 2 2, 2 3 spannungsfrei erfolgt, ist ein Verzögerungsglied 9 vorgesehen, das die mechanische Auslösung des Schalterantriebs 5 verzögert.
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2 zeigt einen der Leiter 11 eines Schaltfeldes einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltanlage. In serieller Folge sind in der Leiterstrecke eine Sicherung 12 sowie ein Schalter 13 angeordnet. Außerdem ist ein Erdungsschalter 14 mit dem Leiter 11 über einen Abzweig 15 verbunden. Die Sicherung weist einen mechanischen Auslösungsbetätiger (nicht dargestellt) auf, der über eine mechanische Kopplung 16 (als gestrichelte Linie dargestellt) sowohl mit einem Antrieb 17 für den oder die Erdungsschalter 14 als auch mit einem Antrieb 18 für den oder die Schalter 13 verbunden ist. Zwischen dem Antrieb 18 für den bzw. die Schalter 13 und dem Schalter 13 sitzt ein Zeitverzögerungsglied 19.
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Bei dieser Ausführungsform werden, wenn die Sicherung 12 auslöst, durch die Auslösungsbetätiger der Sicherung 12 sowohl der Schalterantrieb 18 als auch der Erdungsschalterantrieb 17 im Wesentlichen gleichzeitig in Gang gesetzt. Während der Erdungsschalter den Leiter daraufhin sofort erdet, wird der Schalter 13 erst verzögert ausgeschaltet, da das Verzögerungsglied 19 dem sofortigen Ausschalten des Schalters entgegenwirkt. Damit kann sichergestellt werden, dass der Schalter erst dann geöffnet wird, wenn der Leiter tatsächlich spannungsfrei ist.
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Im Ergebnis ist eine Sicherung und Trennung der Leiter der Schaltanlage ohne eine zusätzliche elektrische Energieversorgung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3606770 [0002]
- DE 4000721 A1 [0003]
- DE 19917425 A1 [0012]
