DE102020210912A1 - A gas-insulated medium or high-voltage switchgear with a blade contact carrier - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage (1) mit einer in einem gasisolierten Raum (2) angeordneten Schalteinheit, die einen Leistungsschalter und einen oberhalb des Leistungsschalters angeordneten Trennschalter umfasst. Der Leistungsschalter weist eine Mehrzahl entlang einer Tiefenrichtung (3) angeordnete und vertikal ausgerichtete Vakuumschaltröhren (4) auf. Der Trennschalter weist einen entlang der Tiefenrichtung (3) angeordneten Kraftübertrager (5) und eine der Mehrzahl der Vakuumschaltröhren (4) entsprechende Anzahl von auf einem Messerkontaktträger (6) angeordneten schwenkbaren Messerkontakten (7) auf. Der Kraftübertrager (5) ist dabei dazu ausgebildet, die Messerkontakte (7) zwischen einer Betriebsposition, in der jeder der Messerkontakte (7) einen jeweiligen Betriebskontakt (8) kontaktiert, und einer Erdungsposition, in der jeder der Messerkontakte einen jeweiligen Erdungskontakt (9) kontaktiert, über eine zwischen der Betriebsposition und der Erdungsposition gelegene Trennposition, in der die Messerkontakte (7) elektrisch abgetrennt sind, zu schwenken. Erfindungsgemäß besteht der Messerkontaktträger (6) aus Kunststoff.The invention relates to a gas-insulated medium or high-voltage switchgear (1) with a switching unit which is arranged in a gas-insulated room (2) and comprises a circuit breaker and a disconnector arranged above the circuit breaker. The circuit breaker has a plurality of vacuum interrupters (4) arranged along a depth direction (3) and aligned vertically. The circuit breaker has a force transmitter (5) arranged along the depth direction (3) and a number of pivotable knife contacts (7) arranged on a knife contact carrier (6) corresponding to the plurality of vacuum interrupters (4). The force transmitter (5) is designed to move the blade contacts (7) between an operating position, in which each of the blade contacts (7) makes contact with a respective operating contact (8), and a grounding position, in which each of the blade contacts has a respective grounding contact (9). contacted, to pivot over a separating position located between the operating position and the grounding position, in which the blade contacts (7) are electrically separated. According to the invention, the blade contact carrier (6) is made of plastic.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage (nachfolgend auch einfach „Schaltanlage“ genannt).The invention relates to a gas-insulated medium or high-voltage switchgear (hereinafter also simply referred to as “switchgear”).
Technischer HintergrundTechnical background
Gasisolierte Schaltanlagen werden im Bereich der Mittelspannung (1 Kilovolt bis 52 Kilovolt) und der Hochspannung (über 52 Kilovolt) eingesetzt, um hohe Leistungsdichten bei geringem Bauraum zu ermöglichen. Grundsätzlich besteht der Wunsch, mit einer Schaltanlage möglichst große Leistungen schalten zu können, weshalb die zu schaltenden Spannungen und Ströme im Rahmen der technischen Möglichkeit gesteigert werden. Als Isoliergas kommen beispielsweise Schwefelhexafluorid (SF6) oder wegen dessen großen Treibhausgaswirkung einem Ersatzgas mit ähnlichen Eigenschaften zum Einsatz.Gas-insulated switchgear is used in the medium-voltage (1-kilovolt to 52-kilovolt) and high-voltage (over 52-kilovolt) ranges to enable high power densities in a small installation space. Basically, there is a desire to be able to switch the greatest possible power with a switchgear, which is why the voltages and currents to be switched are increased within the scope of the technical possibility. Sulfur hexafluoride (SF6) or, because of its high greenhouse gas effect, a substitute gas with similar properties is used as the insulating gas.
Es haben sich standardisierte Baugrößen von gasisolierten Schaltanlagen etabliert, so dass neue Schaltanlage für höhere Spannungen und Ströme dieselbe Baugröße besitzen müssen wie herkömmliche Schaltanlagen, da üblicherweise vorhandene Räumlichkeiten für den Betrieb von Schaltanlagen auf diese standardisierte Baugröße eingerichtet sind. Dies bedeutet steigende Herausforderungen bei der Entwicklung der Schaltanlagen, da mit den Spannungen die notwendigen Isolierstrecken und mit den Strömen die in der Schaltanlage wirkenden Kräfte aufgrund des Magnetfeldes der Ströme zunehmen.Standardized sizes of gas-insulated switchgear have become established, so that new switchgear for higher voltages and currents must have the same size as conventional switchgear, since existing rooms for operating switchgear are usually set up for this standardized size. This means increasing challenges in the development of the switchgear, since the necessary insulating distances increase with the voltages and the forces acting in the switchgear with the currents due to the magnetic field of the currents.
Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, eine verbesserte gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage einzuführen, die das Schalten von hohen Spannungen und Strömen ermöglicht.The object of the invention is therefore to introduce an improved gas-insulated medium or high-voltage switchgear which enables high voltages and currents to be switched.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bilden Gegenstand der Unteransprüche.The invention solves this problem by means of a gas-insulated medium or high-voltage switchgear according to claim 1. Preferred embodiments of the invention form the subject matter of the dependent claims.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Die Erfindung betrifft eine gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage mit einer in einem gasisolierten Raum angeordneten Schalteinheit, die einen Leistungsschalter und einen oberhalb des Leistungsschalters angeordneten Trennschalter umfasst. Der Leistungsschalter weist eine Mehrzahl entlang einer Tiefenrichtung angeordnete und vertikal ausgerichtete Vakuumschaltröhren auf. Der Trennschalter weist einen entlang der Tiefenrichtung angeordneten Kraftübertrager und eine der Mehrzahl der Vakuumschaltröhren entsprechende Anzahl von auf einem Messerkontaktträger angeordneten schwenkbaren Messerkontakten auf. Der Kraftübertrager ist dabei dazu ausgebildet, die Messerkontakte zwischen einer Betriebsposition, in der jeder der Messerkontakte einen jeweiligen Betriebskontakt kontaktiert, und einer Erdungsposition, in der jeder der Messerkontakte einen jeweiligen Erdungskontakt kontaktiert, über eine zwischen der Betriebsposition und der Erdungsposition gelegene Trennposition, in der die Messerkontakte elektrisch abgetrennt sind, zu schwenken. Erfindungsgemäß besteht der Messerkontaktträger aus Kunststoff.The invention relates to a gas-insulated medium or high-voltage switchgear with a switching unit arranged in a gas-insulated room, which comprises a circuit breaker and a circuit breaker arranged above the circuit breaker. The circuit breaker has a plurality of vacuum interrupters arranged along a depth direction and aligned vertically. The circuit breaker has a force transmitter arranged along the depth direction and a number of pivotable knife contacts arranged on a knife contact carrier that corresponds to the plurality of vacuum interrupters. The force transmitter is designed to switch the blade contacts between an operating position, in which each of the blade contacts makes contact with a respective operating contact, and a grounding position, in which each of the blade contacts makes contact with a respective grounding contact, via a disconnected position located between the operating position and the grounding position, in which the knife contacts are electrically separated. According to the invention, the blade contact carrier consists of plastic.
Kunststoff hat den Vorteil, dass es einerseits leicht und stabil ist, andererseits ein guter Isolator, weshalb es die in der Schaltanlage auftretenden elektrischen Felder nicht oder nur sehr geringfügig beeinflusst, so dass die Feldverteilung in der Schaltanlage zuverlässig und bei einem mit den Messerkontakten lageveränderlichen Messerkontaktträger unabhängig von seiner Lage so bestimmt werden können, dass Überschläge zuverlässig verhindert werden können.Plastic has the advantage that on the one hand it is light and stable, on the other hand it is a good insulator, which is why it does not affect the electrical fields occurring in the switchgear or only very slightly, so that the field distribution in the switchgear is reliable and with a blade contact carrier that can change position with the blade contacts can be determined independently of its position so that flashovers can be reliably prevented.
Soweit hier von Richtungsangaben wie beispielsweise „Tiefenrichtung“, „oberhalb“, „unterhalb“ usw. Gebrauch gemacht wird, beziehen sich diese Richtungsangaben auf eine betriebsbereite erfindungsgemäße gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage gesehen aus der Position einer vor der Schaltanlage stehenden Person.Insofar as directional information such as “depth direction”, “above”, “below” etc. is used here, this directional information relates to an operational gas-insulated medium or high-voltage switchgear according to the invention, seen from the position of a person standing in front of the switchgear.
Bevorzugt weist der Messerkontaktträger eine Mehrzahl von Stegen auf, welche wenigstens näherungsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Messerkontaktträgers angeordnet sind. Durch die Stege wird die Stabilität des Messerkontaktträgers bei geringem Materialeinsatz stark erhöht.The blade contact carrier preferably has a plurality of webs which are arranged at least approximately perpendicularly to a main plane of extension of the blade contact carrier. The bars greatly increase the stability of the blade contact carrier while using less material.
Besonders bevorzugt sind die Stege gitterförmig angeordnet. Eine solche gitterförmige Anordnung der Stege erhöht die Torsionssteifigkeit in vorteilhafter Weise.The webs are particularly preferably arranged in the form of a grid. Such a grid-like arrangement of the webs advantageously increases the torsional rigidity.
Insbesondere kann der Messerkontaktträger einen entlang einer ersten Richtung verlaufenden ersten Rand und einen entlang einer die erste Richtung schneidenden zweiten Richtung verlaufenden zweiten Rand aufweisen. Dabei kann wenigstens eine Teilmenge der Stege quer zu der ersten und der zweiten Richtung ausgerichtet sein. Hierdurch werden in dem Messerkontaktträger auftretende Kräfte besonders gut in dem Messerkontaktträger verteilt.In particular, the blade contact carrier can have a first edge running along a first direction and a second edge running along a second direction intersecting the first direction. At least a subset of the webs can be aligned transversely to the first and the second direction. As a result, forces occurring in the blade contact carrier are distributed particularly well in the blade contact carrier.
Besonders bevorzugt ist der Kraftübertrager eine um eine Rotationsachse drehbare Welle, wobei die Messerkontakte um die Rotationsachse schwenkbar sind.The force transmitter is particularly preferably a shaft which can be rotated about an axis of rotation, with the blade contacts being able to be pivoted about the axis of rotation.
Der Trennschalter kann außerdem einen ortfesten Festkontaktträger aus Kunststoff umfassen, auf dem die Betriebskontakte angeordnet sind. Der ortsfeste Festkontaktträger kann in gleicher Weise aufgebaut sein wie oben für den Messerkontaktträger beschrieben. Der Festkontaktträger kann die Betriebskontakte halten, so dass die Messerkontakte diese kontaktieren können. Der Festkontaktträger kann beim Schließen des Trennschalters als Anschlag für den Messerkontaktträger dienen.The circuit breaker can also include a stationary, fixed contact carrier made of plastic, on which the operating contacts are arranged. The stationary fixed contact carrier can be constructed in the same way as described above for the blade contact carrier. The fixed contact carrier can hold the operating contacts so that the blade contacts can contact them. The fixed contact carrier can serve as a stop for the blade contact carrier when the circuit breaker is closed.
Die gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage kann eine Mehrzahl von Feldformungselektroden besitzen, welche an den Vakuumschaltröhren angeordnet und dazu ausgebildet sind, ein bei Betrieb der Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage entstehendes elektrisches Feld zu formen. Die Feldformungselektroden verhindern Feldspitzen, die zur Ausbildung von Überschlägen führen können.The gas-insulated medium- or high-voltage switchgear can have a plurality of field-shaping electrodes, which are arranged on the vacuum interrupters and are designed to shape an electric field that occurs during operation of the medium- or high-voltage switchgear. The field-shaping electrodes prevent field peaks that can lead to flashovers.
Die gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage kann mit einem unterhalb des Leistungsschalters angeordneten Erdungsschalter ausgestattet sein, welcher ausgebildet ist, untere Kontakte der Vakuumschaltröhren elektrisch mit einem Erdpotential zu verbinden. Dabei ist die Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage dazu ausgebildet, den Leistungsschalter und den Erdungsschalter in einem Erdungsbetriebszustand zu schließen und dadurch die Erdungskontakte des Trennschalters über den Leistungsschalter und den Erdungsschalter mit dem Erdpotential zu verbinden. In dieser Konfiguration wird der notwendige geerdete Schaltzustand der Schaltanlage dadurch hergestellt, dass nach dem Öffnen des Leistungsschalters zum Unterbrechen des Stromflusses der Trennschalter geöffnet wird, wodurch eine hinreichend große Trennstrecke hergestellt wird, um spontane Überschläge zu vermeiden. Fachüblich werden nach dem Trennen in einem weiteren Schritt aus Sicherheitsgründen die bis zum Öffnen des Leistungsschalters stromführenden Teile der Schaltanlage geerdet. Hierzu wird normalerweise ein eigener Erdungsschalter vorgesehen, der bei der erfindungsgemäßen Schaltanlage jedoch aus Platzgründen auf der aus Sicht des Trennschalters räumlich und elektrisch gegenüberliegenden Seite des Leistungsschalters angeordnet ist. Damit die gewünschte Erdung erreicht wird, wird daher der Leistungsschalter wieder geschlossen, um über den Leistungsschalter die Erdungskontakte des Trennschalters mit dem über den Erdungsschalter kontaktierten Erdpotential zu verbinden. Die erfindungsgemäße Schaltanlage besitzt einen besonders raumsparenden Aufbau.The gas-insulated medium or high-voltage switchgear can be equipped with a grounding switch which is arranged below the circuit breaker and is designed to electrically connect the lower contacts of the vacuum interrupters to a ground potential. In this case, the medium- or high-voltage switchgear is designed to close the power switch and the grounding switch in a grounding operating state and thereby to connect the grounding contacts of the isolating switch to the ground potential via the power switch and the grounding switch. In this configuration, the necessary grounded switching state of the switchgear is established by opening the circuit breaker to interrupt the flow of current after opening the circuit breaker, thereby creating a sufficiently large isolating distance to avoid spontaneous flashovers. For safety reasons, after disconnection, the parts of the switchgear that are live until the circuit breaker is opened are grounded in a further step that is customary in the trade. For this purpose, a separate grounding switch is normally provided, which, however, is arranged in the switchgear according to the invention for reasons of space on the physically and electrically opposite side of the circuit breaker from the point of view of the isolating switch. So that the desired grounding is achieved, the circuit breaker is therefore closed again in order to connect the grounding contacts of the isolating switch to the ground potential contacted via the grounding switch via the circuit breaker. The switchgear according to the invention has a particularly space-saving design.
Die gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage kann über eine Mehrzahl von oberhalb der Schalteinheit angeordneten Durchführungen in einen Sammelschienenraum der Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage verfügen, wobei die Betriebskontakte des Trennschalters direkt mit den Durchführungen verschraubt sind. Dies bedeutet, dass kein Leiter vorgesehen ist, der an einem Ende mit dem Betriebskontakt und am anderen Ende mit den Durchführungen verschraubt ist. Dies hätte eine zusätzliche widerstandsbehaftete Schraubverbindung zur Folge, was eine erhöhte Wärmeentwicklung zur Folge hätte.The gas-insulated medium- or high-voltage switchgear can have a plurality of bushings arranged above the switching unit into a busbar space of the medium- or high-voltage switchgear, with the operating contacts of the disconnector being screwed directly to the bushings. This means that there is no conductor screwed to the operating contact at one end and to the bushings at the other end. This would result in an additional resistive screw connection, which would result in increased heat generation.
Die gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage kann eine Mehrzahl von quer zu der Tiefenrichtung angeordneten Durchführungen in einen Kabelanschlussraum besitzen, wobei jede Durchführung über einen jeweiligen Leiter mit einem zugehörigen Anschluss der Schalteinheit verbunden ist. Die Anordnung der Vakuumschaltröhren entlang der Tiefenrichtung ermöglicht größere Isolationsabstände zwischen den einzelnen Vakuumschaltröhren, weil Schaltanlagen üblicherweise tiefer als breit sind. Der Kabelanschlussraum liegt jedoch üblicherweise hinter dem gasisolierten Raum, weshalb diese gängige räumliche Anordnung anschlusskompatibel zu einer zuvor an derselben Stelle befindlichen Schaltanlage durch die Leiter ermöglicht wird.The gas-insulated medium- or high-voltage switchgear can have a plurality of bushings arranged transversely to the depth direction into a cable connection space, each bushing being connected to an associated connection of the switching unit via a respective conductor. The arrangement of the vacuum interrupters along the depth direction enables greater insulation distances between the individual vacuum interrupters, because switchgear is usually deeper than it is wide. However, the cable connection room is usually behind the gas-insulated room, which is why this common spatial arrangement is made possible by the conductors in a connection-compatible manner to a switchgear previously located at the same place.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erste perspektivische Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Erfindung; -
2 eine zweite perspektivische Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Erfindung; und -
3 eine perspektivische Seitenansicht eines Trennschalters des Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
1 a first perspective side view of the embodiment of the invention; -
2 a second perspective side view of the embodiment of the invention; and -
3 12 is a side perspective view of a circuit breaker of the embodiment of the invention.
Ausführliche AbbildungsbeschreibungDetailed picture description
Die
Die
Bewegtkontakte der Vakuumschaltröhren 4 können durch einen Federantrieb bewegt und ein Stromfluss durch die Vakuumschaltröhren 4 so unterbrochen oder ermöglicht werden. Zum Spannen der Federn ist ein außerhalb des gasisolierten Raumes 2 angeordneter elektrischer Antrieb 18 vorgesehen, der beispielsweise einen Elektromotor und ein Getriebe aufweisen kann.Moving contacts of the vacuum interrupters 4 can be moved by a spring drive and a current flow through the vacuum interrupters 4 can be interrupted or made possible. An
Die Vakuumröhren 4 sind mit einem oberhalb der Leistungsschalters angeordneten Trennschalter verbunden, wobei zur Formung des elektrischen Feldes an den Polen der Vakuumröhren Feldformungselektroden 12 vorgesehen sind. Die Feldformungselektroden 12 verhindern das Auftreten von lokalen Feldspitzen, die zur Ausbildung von Überschlägen führen könnten. Der Trennschalter besteht im Wesentlichen aus einem Antrieb 17, der über einen Kraftübertrager 5 -- im gezeigten Beispiel eine um eine Rotationsachse drehbare Welle - mit einem Messerkontaktträger 6 verbunden ist, der Messerkontakte 7 trägt. Der Messerkontaktträger 6 kann zwischen einer Betriebs- und einer Erdungsposition geschwenkt werden, wobei zwischen der Betriebs- und der Erdungsposition eine Trennposition vorgesehen ist, in der die Messerkontakte 7 elektrisch abgetrennt sind.The vacuum tubes 4 are connected to an isolating switch arranged above the circuit breaker, with field-shaping
In der Betriebsposition kontaktieren die Messerkontakte 7 fest angeordnete Betriebskontakte 8, die direkt mit Durchführungen 13 in einen Sammelschienenraum der Schaltanlage (nicht dargestellt) verschraubt sind. Durch die direkte Verschraubung entfällt eine weitere widerstandsbehaftete Schraubverbindung, so dass im Betrieb weniger Wärme aufgrund der Widerstandsverluste entsteht.In the operating position, the blade contacts 7 make contact with
In der Erdungsposition kontaktieren die Messerkontakte 7 Erdungskontakte 9, welche miteinander elektrisch verbunden sind. Die Erdungskontakte 9 können direkt mit Erdpotential verbunden sein. Alternativ können sie durch Aktivieren eines unterhalb der Vakuumschaltröhren 4 angeordneten Erdungsschalter und Schließen der Vakuumschaltröhren 4 mittelbar über die Vakuumschaltröhren 4 mit dem Erdpotential verbunden werden.In the grounding position, the blade contacts 7 make contact with
Der Messerkontaktträger 6 ist erfindungsgemäß auf Kunststoff gefertigt. Im gezeigten Beispiel weist er eine Vielzahl von Stegen 10 auf, die senkrecht auf eine Haupterstreckungsebene des Messerkontaktträgers 6 stehen und diesem erhöhte Stabilität verleihen. Die Stege 10 verlaufen mindestens in einigen Bereichen des Messerkontaktträgers 6 schräg zueinander, so dass sie ein Gitter ausbilden. Eine Dichte und/oder Dicke von Stegen kann an Stellen des Messerkontaktträgers 6, die im Betrieb besonders großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, größer sein als an anderen Stellen. Der Messerkontaktträger 6 schwenkt, wenn der Trennschalter in die Betriebsposition geführt wird, gegen einen Festkontaktträger 11, so dass letzterer einen Anschlag für den Messerkontaktträger 6 bildet. Der Festkontaktträger 11 ist vorzugsweise ebenfalls aus mit Stegen versehenem Kunststoff aufgebaut.According to the invention, the
Unterhalb der Vakuumschaltröhren 4 sind ferner Durchführungen 14 in einen Kabelanschlussraum der Schaltanlage (nicht dargestellt) vorgesehen. Wie die Durchführungen 13 sind diese Durchführungen gasdicht ausgebildet, um den gasisolierten Raum 2 gegen die Umgebung abzuschließen. Die entsprechenden Pole der Vakuumschaltröhren 4 sind über Leiter 15, welche vorzugsweise als massive oder hohle Kupferstangen ausgeführt sind, mit den Durchführungen 14 verbunden.Furthermore,
Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Das Ausführungsbeispiel soll dabei lediglich zur Veranschaulichung dienen und die Erfindung, die ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, nicht beschränken.The invention has been described in more detail using an exemplary embodiment. The exemplary embodiment is intended to serve merely as an illustration and not to limit the invention, which is defined solely by the following claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- gasisolierte Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagegas-insulated medium or high voltage switchgear
- 22
- gasisolierter Raumgas insulated room
- 33
- Tiefenrichtungdepth direction
- 44
- Vakuumschaltröhrevacuum interrupter
- 55
- Kraftübertragerpower transmitter
- 66
- Messerkontaktträgerblade contact carrier
- 77
- Messerkontaktblade contact
- 88th
- Betriebskontaktoperating contact
- 99
- Erdungskontaktground contact
- 1010
- Stegewebs
- 1111
- Festkontaktträgerfixed contact carrier
- 1212
- Feldformungselektrodefield shaping electrode
- 1313
- Durchführungen in SammelschienenraumBushings in busbar room
- 1414
- Durchführungen in KabelanschlussraumPenetrations in cable connection room
- 1515
- Leiterladder
- 1616
- Bedienpanelcontrol panel
- 1717
- Antrieb ErdungsschalterDrive earthing switch
- 1818
- Antrieb Leistungsschalterdrive circuit breaker
Claims (10)
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