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Die vorliegende Erfindung betrifft ein schaltlichtbogenfestes Schaltgerät und ein Verfahren zum Schalten eines schaltlichtbogenfesten Schaltgerätes.
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Konventionelle gasisolierte Leistungsschalteranlagen / Leistungsschalterfelder bestehen in der Regel aus Leistungsschaltern oder Lasttrennschaltern sowie einem Trenn- und Erdungsschalter. Ein beim Schalten der Schalter auftretende Lichtbogen muss durch geeignete konstruktive Maßnahmen und ein geeignetes Löschgas beherrscht werden.
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Bei der Verwendung von klimafreundlichen, natürlichen Gasen , wie zum Beispiel trockener Luft oder Stickstoff, kann die Löschung des Schaltlichtbogens in einer speziell dafür vorgesehenen Löschkammer erfolgen. Dabei kommt es zu kritischen Zersetzungsprodukten, welche die Umgebung kontaminieren und die Qualität des Löschgases/Isoliergases vermindern. Um das zu vermeiden muss bei den Schaltvorgängen mit Hilfe von geschlossenen Löschkammern zunächst die Strombahn unterbrochen werden (ausschalten) und danach der Kontakt wiederhergestellt werden (einschalten). Löschkammern sind dabei aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift
EP 0 045 072 A1 .
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät vorzuschlagen, welches die genannten Nachteile vermeidet und den Schaltlichtbogen durch eine effiziente Beschaltung der geschlossenen Löschkammer für alle Schaltvorgänge beherrschbar macht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Löschkammer und ein Verfahren zum beschalten der Löschkammer nach den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein schaltlichtbogenfestes Schaltgerät weist eine Löschkammer, einen elektrischen Eingangsleiter, einen elektrischen Ausgangsleiter und einen Masseanschluss auf. Um die Löschkammer ist ein Auswahlschaltkontakt und ein Schaltkontakt angeordnet und an der Löschkammer ist beidseitig jeweils ein Kontaktstück angeordnet. Die Löschkammer ist somit beidseitig elektrisch leitend mit Kontaktstücken verbunden. Der Auswahlschaltkontakt und der Schaltkontakt sind kreisförmig segmentiert ausgeführt, beidseitig der Löschkammer angeordnet und in mindestens drei Schaltpositionen um eine Längsachse der Löschkammer drehbar.
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Durch die drehbare Anordnung des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts ergibt sich eine einfache Möglichkeit, den Eingangsleiter, den Ausgangsleiter und den Masseanschluss zu kontaktieren. Die Leiter und Kontakte sind aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet. Unter dem Begriff „elektrisch leitfähig“ soll im Rahmen dieser Schrift verstanden werden, dass ein entsprechender Werkstoff eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 106 S/m bei einer Temperatur von 25 °C aufweist. Unter dem Begriff „kreisförmig segmentiert“ soll insbesondere verstanden werden, dass das entsprechende Element aus mindestens zwei jeweils teilkreisförmigen Elementen besteht und somit nicht geschlossen kreisförmig, sondern typischerweise lediglich in Form eines Kreissegments, beispielsweise eines Halbkreises, ausgestaltet ist.
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Der Ausgangsleiter kann auch als Kabelabgang bezeichnet werden, der Eingangsleiter als Sammelschiene, der Massekontakt auch als Erdkontakt. In besonders vorteilhafter Weise kann durch eine Rotationsbewegung, d. h. eine Drehung des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts um die Längsachse der Löschkammer, eine Vorauswahl der Schaltposition getroffen werden, der eigentliche Schaltvorgang, d. h. eine potentialfreie Kontaktierung, kann unter anderem durch eine Linearbewegung des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts entlang der Langsachse der Löschkammer oder parallel zu der Längsachse der Löschkammer in Richtung der Löschkammer oder direkt durch die Rotationsbewegung erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Auswahlschaltkontakt und der Schaltkontakt komplett kreisförmig ausgeführt sind, um während der Rotationsbewegung bzw. Drehbewegung in einfacher Weise definierte Positionen erreichen zu können. Dabei ist der Auswahlschaltkontakt mit dem Eingangsleiter in definierter Position verbunden und der Schaltkontakt mit dem Ausgangsleiter ebenso. Die Beschaltung ist aber je nach Ausrichtung auch umkehrbar (Auswahlschaltkontakt mit dem Ausgangsleiter verbunden und der Schaltkontakt mit dem Eingangsleiter).
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Die mindestens drei Schaltpositionen können eine eingeschaltete Schaltposition, bei der oder in der der Eingangsleiter mit dem Auswahlschaltkontakt und über die Kontaktstücke der Löschkammer mit dem Schaltkontakt und dem Ausgansleiter elektrisch leitend verbunden ist, eine getrennte Schaltposition, bei der oder in der weder der Auswahlschaltkontakt noch der Schaltkontakt mit einem der Kontaktstücke der Löschkammer elektrisch leitend verbunden ist, und eine an Erdpotential angeschlossene Schaltposition umfassen, bei der oder in der der Masseanschluss mit dem Auswahlschaltkontakt und über die Kontaktstücke der Löschkammer mit dem Schaltkontakt und dem Ausgansleiter elektrisch leitend verbunden ist. Sofern zum Schalten noch eine Linearbewegung, also eine translatorische Bewegung, vorgesehen ist, wird die entsprechende Schaltposition von dem Auswahlschaltkontakt und dem Schaltkontakt erst durch Drehen und die Linearbewegung erreicht.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Auswahlschaltkontakt und der Schaltkontakt jeweils in eine Schaltposition bewegbar sind, in der eine doppelte Trennstrecke vorliegt, bei der weder der Auswahlschaltkontakt mit dem Eingangsleiter noch der Schaltkontakt mit dem Ausgangsleiter elektrisch leitend verbunden ist. Der Begriff „Trennstrecke“ soll hierbei einen räumlichen Abstand bezeichnen, bei dem keine elektrisch leitfähige Verbindung vorliegt, insbesondere da die entsprechenden Bauteile räumlich voneinander beabstandet und nicht in unmittelbar einander berührendem Kontakt sind.
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Die Schaltpositionen sind in der Regel durch eine Rotation des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts um einen definierten Winkel einstellbar. Die Rotation erfolgt hierbei wie zuvor beschrieben um die Längsachse der Löschkammer. Der Winkel beträgt typischerweise 45° bis 75°, vorzugsweise 60°.
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Die Löschkammer ist innerhalb des schaltlichtbogenfesten Schaltgerätes typischerweise feststehend, also unbeweglich, angeordnet, um sicherzustellen, dass nur bewegliche Teile das elektrische Schalten bewirken.
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Das Schaltgerät kann eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Löschkammer zu schalten und den Auswahlschaltkontakt und den Schaltkontakt zu bewegen, sowohl rotatorisch als gegebenenfalls auch linear. Die Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, eine Bewegung des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts nur bei ausgeschalteter Löschkammer zu ermöglichen. Somit kann vorgesehen sein, dass durch die Steuereinheit zunächst eine Vorauswahl der Schaltposition durchgeführt wird, was durch eine Drehbewegung oder eine Kombination aus Drehbewegung und Linearbewegung erfolgen kann, und abschließend erst ein Zuschalten über die Löschkammer erfolgt.
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Typischerweise kann nur nach Vollendung der Bewegung des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts die Löschkammer geschalten werden, um eine Betriebssicherheit des Schaltgeräts zu erhöhen.
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Bei einem Verfahren zum Schalten eines schaltlichtbogenfesten Schaltgerätes wird ein an einer Löschkammer angeordneter und in definierter Position mit der Löschkammer elektrisch leitend verbundener Auswahlschaltkontakt und ein Schaltkontakt in mindestens eine von drei Schaltpositionen um eine Längsachse der Löschkammer gedreht. Es kann dabei vorgesehen sein, dass nach dem Drehen des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontaktes erst durch eine Linearbewegung entlang der Längsachse der Löschkammer das Schalten durchgeführt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Drehen des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts erst durch eine Linearbewegung entlang der Längsachse der Löschkammer das Schalten durchgeführt wird, um einen sicheren Schaltvorgang zu gewährleisten.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass nur durch die Rotationsbewegung selbst des Auswahlschaltkontakts und des Schaltkontakts direkt das Schalten durchgeführt wird.
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Das beschriebene Verfahren kann mit der beschriebenen Vorrichtung, d. h. des beschriebenen Schaltgerätes durchgeführt werden bzw. die beschriebene Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 und 2 erläutert:
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Es zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht des Schaltvorgangs und
- 2 eine schematische Draufsicht des Schaltvorgangs.
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In 1 ist in einer schematischen Ansicht perspektivisch ein Teil eines schaltlichtbogenfesten Schaltgerätes dargestellt. Dieses Schaltgerät verfügt über eine mittig angeordnete Löschkammer und einen in 1 gezeigten Dreistellungstrennschalter mit den Stellungen AN, AUS und ERDE.
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Eine Löschkammer 1 ist ortsfest bzw. feststehend innerhalb des Schaltgerätes angeordnet. An der Löschkammer 1 angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden sind die Kontaktstücke 4. Der Auswahlschaltkontakt 2 und der Schaltkontakt 3, die in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig und segmentiert ausgeführt sind und um eine Längsachse der Löschkammer 1 drehbar ausgestaltet sind. An der dem Auswahlschaltkontakt 2 abgewandten Seite der Löschkammer 1 ist ein weiterer Schaltkontakt 3 angeordnet, durch den die Löschkammer 1 elektrisch leitend mit einem Kabelabgang als Ausgangsleiter 6 verbunden werden kann.
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Das Schaltgerät verfügt zudem über eine Sammelschiene als elektrischen Eingangsleiter 5 sowie einen Masseanschluss 7. In 1a) ist gezeigt, wie der Auswahlschaltkontakt 2 und die Schaltkontakt 3 in eine erste Schaltposition bewegt sind, die einem eingeschalteten Zustand entspricht. Hierzu wird der Auswahlschaltkontakt 2 und der Schaltkontakt 3 um die Längsachse der Löschkammer 1 gedreht und in einer Linearbewegung entlang dieser Längsachse in Richtung der Löschkammer 1 bewegt, bis der Auswahlschaltkontakt 2 und die Sammelschiene 5 sowie der Schaltkontakt 3 mit dem Ausgangsleiter 6 in direktem Kontakt sind, also einander unmittelbar berühren. Ein Trennen der Verbindung erfolgt durch Ausführen der Bewegungen in umgekehrter Reihenfolge. Hierdurch ist auch ein elektrischer Kontakt hergestellt und ein elektrischer Strom kann über den elektrischen Eingangsleiter 5, den Auswahlschaltkontakt 2, die Kontaktstücke 4, die Löschkammer 1, den Schaltkontakt 3 und den Ausgangsleiter 6 fließen. Somit entspricht diese Position der Position „EIN“.
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Über eine in 1 aus Übersichtsgründen nicht dargestellte Steuereinheit des Schaltgerätes kann sowohl der Auswahlschaltkontakt 2 und Schaltkontakt 3 rotiert als auch linear bewegt werden. Zudem ist die Steuereinheit mittels Antriebes so ausgebildet, dass eine Bewegung des Auswahlschaltkontakts 2 und des Schaltkontaktes 3 nur zuzulassen, wenn die Löschkammer 1 ausgeschaltet, also offen, ist, also innerhalb der Löschkammer 1 keine elektrische Verbindung möglich ist.
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In 1b) ist dargestellt, wie der Auswahlschaltkontakt 2 und der Schaltkontakt 3 in eine zweite Schaltposition bewegt sind, indem eine Rotation im Uhrzeigersinn gegenüber der in 1a) gezeigten Position erfolgt. Da die Löschkammer 1 jetzt weder mit dem Auswahlschaltkontakt 2 noch mit dem Schaltkontakt 3 in elektrischem Kontakt steht, ist diese Schaltposition eine Trennstellung und entspricht der Position AUS.
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Bei der in 1c) gezeigten Position ist der Auswahlschaltkontakt 2 und der Schaltkontakt 3 gegenüber der Position in 1b) wiederum weitergedreht und entspricht nun der Position geerdet, da der Auswahlschaltkontakt 2 und damit über die Kontaktstücke 4, die Löschkammer 1, den Schaltkontakt 3 auch der Ausgangsleiter 6 in elektrischer Verbindung mit dem Masseanschluss 7 ist, d. h, diesen unmittelbar berührt.
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In 2 sind in einer schematischen Draufsicht diese beschriebenen Abläufe nochmals wiedergegeben. Wiederkehrende Merkmale sind hierbei mit identischen Bezugszeichen versehen. In 2a) ist der in 1a) gezeigte Zustand wiedergegeben, bei dem der Auswahlschaltkontakt 2 mit der Sammelschiene, der Löschkammer 1, dem Schaltkontakt 3 und dem Ausgangsleiter 6 in Verbindung steht und somit ein eingeschalteter Zustand realisiert ist. Der in 2b) gezeigte Zustand entspricht der ausgeschalteten Schaltposition aus 1b), d. h. die Löschkammer 1 ist weder mit dem Auswahlschaltkontakt 2 noch mit dem Schaltkontakt 3 elektrische verbunden. Somit gibt es keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Eingangsleiter 5 und Ausgangsleiter 6. In 2c) ist schließlich der in 1c) wiedergegeben Zustand entsprechend dargestellt, d. h. der Masseanschluss 7 ist mit dem Auswahlschaltkontakt 2, der Löschkammer 1, dem Schaltkontakt 3 und dem Ausgangsleiter 6 elektrisch leitfähig verbunden.
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Durch das dargestellte Schaltprinzip wird eine intelligente Verschaltung ermöglicht, bei der durch eine Rotationsbewegung bzw. eine Kombination von Rotationsbewegung und Linearbewegung eine schaltlichtbogenfeste Betätigung aller Schalter mit nur einer einzigen Löschkammer pro Phase erreichbar ist. Dabei erfolgt die eigentlich schaltlichtbogenfeste Schaltung mit Hilfe der Löschkammer 1.
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Zudem stellt die intelligente Verschaltung einen erhöhten Sicherheitsaspekt dar, da durch die mehreren erzielten Trennstrecken die Entstehungswahrscheinlichkeit eines inneren Lichtbogenfehlers minimiert wird.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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