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Die
Erfindung betrifft eine Schaltanlage zum Unterbrechen eines elektrischen
Stromes, insbesondere im Bereich der Hochspannungstechnik, mit wenigstens
einem auf Erdpotential liegenden gasgefüllten Gehäuse, wenigstens einem Trennschalter
und wenigstens einem in einem der Gehäuse angeordneten Leistungsschalter,
wobei an dem Gehäuse
oder den Gehäusen
hohle Freiluftdurchführungen
zum Anschluss elektrischer Leiter vorgesehen sind.
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Eine
solche Schaltanlage ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 296 14 799 U1 bereits bekannt.
Die dort offenbarte Schaltanlage weist ein auf einem Traggestell
montiertes Gehäuse
zum Kapseln eines Leistungsschalters auf. Um übergroße Abstände zwischen dem auf einem
Hochspannungspotential liegenden Leistungsschalter und dem auf Erdpotential
liegenden Gehäuse
zu vermeiden, ist das Gehäuse
mit Schwefelhexafluorid befüllt.
Das Schwefelhexafluorid dient darüber hinaus als Löschgas zum
Löschen
eines beim Trennen der Kontakte des Leistungsschalters gezogenen
Lichtbogens. An dem Gehäuse
sind weiterhin voneinander weggeneigte Anschlussstutzen vorgesehen,
an denen Freiluftdurchführungen
befestigt sind, die zum Anschluss von Hochspannungsleitern eingerichtet
sind. Um auch über
längere
Zeiträume
hinweg hohe Spannungsdifferenzen sicher aufrechterhalten zu können, sind
in den Anschlussstutzen Trennschalter vorgesehen, deren Kontakte
nach der Stromunterbrechung durch den Leistungsschalter stromlos
voneinander getrennt werden.
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Aus
dem Gebrauchsmuster
DE
296 14 799 U1 ist eine Schaltanlage mit einem auf Erdpotential liegenden
Gehäuse
und einem in dem Gehäuse
angeordneten Leistungsschalter bekannt. Ferner sind Freiluftdurchführungen
zum elektrischen Anschluss der Schaltanlage an ein Hochspannungsnetz
vorgesehen. Dabei sind die Freiluftanordnungen über ein L-förmig ausgestaltetes Zwischenstück an den
voneinander weggeneigten Anschlussstutzen des Gehäuses befestigt.
Durch das Vorsehen des Zwischenstückes kann das mit Gas befüllte und
den Leistungsschalter kapselnde Gehäuse kleiner dimensioniert werden,
ohne dass Spannungsüberschläge an den elektrischen
Anschlüssen
der Freiluftdurchführungen zu
befürchten
sind. Die L-förmigen
Zwischenstücke dienen
darüber
hinaus zur Aufnahme der Trennschalter. Die zusätzlichen Zwischenstücke erhöhen jedoch
den Herstellungsaufwand der vorbekannten Schaltanlage. Darüber hinaus
ergeben sich Schwierigkeiten im Hinblick auf deren mechanische Stabilität.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bei einer Schaltanlage der eingangs genannten
Art den Bauraum möglichst
klein auszugestalten.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass zumindest einer der Trennschalter in
einer aus Isolierstoff bestehenden Freiluftdurchführung angeordnet
ist.
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Durch
die Anordnung des Trennschalters in der Freiluftdurchführung kann
die Schaltanlage kompakter ausgelegt werden. Dabei können die
Abstände
zwischen dem Trennschalter und einer notwendigerweise nicht leitenden
Innenwandung der Freiluftdurchführung
beliebig gering ausgelegt sein, ohne dass Teilentladungen oder Spannungsdurchbrüche zu befürchten sind.
Der Trennschalter ist im Innern der Freiluftdurchführung also
in deren Isolator angeordnet, der zweckmäßigerweise aus Porzellan oder einem
isolierenden Verbundwerkstoff, beispielsweise einem Geweberohr mit
Silikonschirmen, hergestellt ist.
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Zweckmäßigerweise
ist jedem Trennschalter nur eine Freiluftdurchführung zugeordnet. Die erfindungsgemäße Schaltanlage
kann wegen der möglichen
geringen Abstände
zwischen den Trennschaltern und deren Kapselung kleiner als vorbekannte Schaltanlagen
ausgelegt werden. Darüber
hinaus ist es erfindungsgemäß auch möglich, das
auf Erdpotential liegende Gehäuse
unabhängig
von der Anzahl der Trennschalter auszulegen. So kann das Gehäuse von
Schaltanlagen, die keine Trennschalter aufweisen, mit den gleichen
Abmessungen hergestellt werden wie ein Gehäuse, das für eine Schaltanlage mit beispielsweise
zwei Trennschaltern vorgesehen ist.
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Die
Schaltanlage kann erfindungsgemäß dreipolig
ausgelegt sein, wobei für
jede Phase ein Leistungsschalter und wenigstens ein Trennschalter vorgesehen
sind. Dabei können
alle Leistungsschalter von einem einzigen Gehäuse gekapselt sein. Abweichen
hiervon ist jeder Leistungsschalter von einem separaten Gehäuse also
einpolig gekapselt.
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Bei
einer bevorzugten Weiterentwicklung weist die Schaltanlage für jede Phase
oder jeden Pol zwei Trennschalter auf, die jeweils in einer Freiluftdurchführung angeordnet
sind. Abweichend dazu ist es auch möglich, dass die Schaltanlage
je Pol lediglich einen in einer Freiluftdurchführung angeordneten Trennschalter
aufweist, die andere oder anderen Freiluftdurchführungen des Pols jedoch lediglich
zum Anschluss des Stromleiters vorgesehen sind. Im Rahmen der Erfindung
ist es auch möglich,
dass nur ein Pol einen Trennschaltern in einer Freiluftdurchführung aufweist.
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Vorteilhafterweise
ist jedoch jeder Trennschalter in einer Freiluftdurchführung angeordnet.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist jeder Trennschalter mittels einer gasdurchlässigen Halterung
an dem Gehäuse abgestützt. Auf
diese Weise ist für
alle Trennschalter und den Leistungsschalter ein einziger durchgängiger Gasraum
bereitgestellt, der sich mit nur einem einzigen Prüfverfahren
auf seine Dichtheit hin überprüfen lässt. Als
Halterung kann beispielsweise auch eine gasdurchlässige Durchführung oder
eine oder mehrere Stützer
im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
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Abweichend
dazu ist eine gasdichte Schottführung
zum Halten jedes Trennschalters an dem oder einem der Gehäuse vorgesehen.
Dabei trennt die Schottdurchführung
einen Trennergasraum, in dem der Trennschalter angeordnet ist, von
einem Löschgasraum
ab, in dem der Leistungsschalter vorgesehen ist. Trenngasraum und
Löschgasraum
können
gemäß dieser
erfindungsgemäßen Weiterentwicklung
unabhängig
voneinander beispielsweise mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt
und/oder unterschiedlichen Gasen befüllt sein, so dass beispielsweise
für den
Trenngasraum auf ein Gas mit guten Löscheigenschaften, wie etwa
Schwefelhexafluorid, verzichtet werden kann.
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Zweckmäßigerweise
ist wenigstens eine an dem oder einem der Gehäuse abgestützte und aus einem Isolierstoff
bestehende Isolierschwinge zum Einleiten einer Antriebsbewegung
in den ihr zugeordneten Trennschalter vorgesehen. Durch Einsatz
einer Isolierschwinge kann die Antriebsbewegung über eine Antriebswelle, die
auf einfache Art und Weise beispielsweise an der Freiluftdurchführung gelagert werden
kann, in die Schalt anlage eingeführt
werden, wobei Dichtungsmittel zum Abdichten des Gasraumes oder Trennergasraumes
vorgesehen sind. Die Isolierschwinge wandelt eine antreibende Drehbewegung
in eine lineare Bewegung oder Hubbewegung um und leitet eine translatorische
Bewegung in den jeweiligen Trennschalter ein, wobei dieser entsprechend
als Schubschalter ausgestaltet ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Isolierschwinge an einem an dem oder einem der Gehäuse befestigten Zwischengehäuse der
Freiluftdurchführung
angelenkt. Das Zwischengehäuse
kann als separates Bauteil realisiert sein und beispielsweise aus
einem elektrisch leitenden Material wie Aluminium bestehen. Davon
abweichend kann das Zwischengehäuse mehrteilig
ausgebildet sein und über
einen separaten Flanschabschnitt verfügen, mit dem es mit dem Isolator
fest verklebt ist.
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Vorteilhafterweise
ist wenigstens einem Trennschalter wenigstens ein Erdungsschalter
zum Erden des Trennschalters zugeordnet, so dass der jeweilige Pol
der Schaltanlage beispielsweise für Wartungsarbeiten auf einfache
Art und Weise auf ein Erdpotential gelegt werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist einem Trennschalter ein Erdungsschalter zugeordnet, wobei der
Erdungsschalter im Zwischengehäuse
der Freiluftdurchführung
angeordnet ist. Bei dieser Weiterentwicklung der Erfindung stellt
das metallisches Zwischengehäuse
die notwendige mechanische Festigkeit bereit, wobei Drehlager und
Dichtungsmittel in dem Zwischengehäuse auf besonders einfache
und betriebssichere Weise anbringbar. Ferner kann die Freiluftdurchführung als
funktionsfertiges separates Einzelbauteil hergestellt und vor Ort
mit dem jeweiligen Gehäuse
verbunden werden. Hierdurch vereinfacht sich die Montage der Schaltanlage.
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Vorteilhafterweise
weist die Freiluftdurchführung
einen Stromwandler auf. Der Stromwandler ist sekundärseitig
mit dem oder einem der auf Erdpotential liegenden Gehäuse elektrisch
verbunden. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Stromwandler
als Überwurfstromwandler
ausgebildet ist. Der Überwurfstromwandler
kann ohne Öffnen
des Gasraumes von der Schaltanlage entfernt werden.
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Vorteilhafterweise
ist wenigstens ein Aufteilungsgehäuse zum Anschluss mehrerer
Freiluftdurchführungen
vorgesehen ist. Das Aufteilungsgehäuse ist beispielsweise zur
Montage auf einen Anschlussstutzen eines Gehäuses mittels eines Gehäuseflansches
vorgesehen und weist an seinem von dem Gehäuseflansch abgewandten Ende
zwei weitere Aufteilungsstutzen zum Anschluss der Freiluftdurchführungen
auf. Dabei weisen die Aufteilungsstutzen in unterschiedliche Richtungen,
so dass die luftisolierten Hochspannungsanschlüsse einen zur Vermeidung von
Spannungsüberschlägen ausreichend
großen
Abstand zueinander aufweisen.
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Gemäß einer
diesbezüglichen
Weiterentwicklung sind Erdungsschalter in einer oder in mehreren
Freiluftdurchführungen
des Aufteilungsgehäuses
vorgesehen.
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Zweckmäßigerweise
ist wenigstens ein Anzeigeelement zur Anzeige der Stellung des oder
der Trennschalter und/oder des oder der Erdungsschalter vorgesehen.
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Vorteilhafterweise
ist wenigstens eine an einer der Freiluftdurchführung abgestützte Antriebseinheit
zur Erzeugung einer Antriebsbewegung vorgesehen. Auf diese Weise
kann die erfindungsgemäße Freiluftdurchführung als
funktionsfertiges Ein zelbauteil unabhängig von dem Leistungsschalter
und dessen Gehäuse
oder Gehäusen
hergestellt werden.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich
wirkende Bauteile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltanlage
in einer teilweise geschnittenen Ansicht.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltanlage
in einer geschnittenen Ansicht und
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltanlage
in einer geschnittenen Ansicht.
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Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltanlage 1 weist ein
auf Erdpotential liegendes metallisches Gehäuse 2 auf, das gasdicht
ausgestaltet und beispielsweise mit Schwefelhexafluorid, einem Gas
mit guten Lösch- und
Isoliereigenschaften, befüllt
ist. In dem Gehäuse 2 ist
ein Leistungsschalter 3 angeordnet, der in 1 in einer geschlossenen Kontaktstellung
gezeigt ist. An das Gehäuse 2 sind
ferner zwei Anschlussstutzen 4 angeformt, an denen Freiluftdurchführungen 5 befestigt
sind. An dem von den Anschlussstutzen 4 abgewandten Ende
der Freiluftdurchführung 5 sind Netzanschlüsse 6 zur
Aufnahme einer figürlich
nicht dargestellten Hochspannungsleitung vorgesehen. Um Spannungs überschläge zwischen
den Netzanschlüssen 6 insbesondere
bei Höchstspannungen
zu vermeiden, sind die Anschlussstutzen 4 voneinander weggeneigt,
so dass eine ausreichend große
Luftstrecke zwischen den Netzanschlüssen 6 bereitgestellt
ist.
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Die
Freiluftdurchführungen 5 weisen
einen hohlzylindrischen, zur Aufnahme jeweils eines Trennschalters 7 eingerichteten
Isolator 5a auf. Jeder Trennschalter 7 ist somit
in einer inneren Ausnehmung oder in einem Hohlraum der Freiluftdurchführung 5 angeordnet
und weist einen feststehenden Einfahrkontakt 8 sowie einen
ebenfalls feststehenden Gleitkontakt 9 auf. In dem Gleitkontakt 9 ist
ein Schaltstift 10 beweglich geführt, wobei der Gleitkontakt 9 über einen
hohlen Verbindungsleiter 11 elektrisch mit einem Steckkontakt 3a des
Leistungsschalters 3 verbunden ist, so dass nach dem Einfahren des
Schaltstiftes 10 in den Einfahrkontakt 8, wie
in 1 gezeigt, zwischen
den Netzanschlüssen 6 eine leitende
Verbindung hergestellt ist.
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Um
Spannungsspitzen durch hohe elektrische Feldstärken an Ecken und Kanten zu
vermeiden, sind Feldsteuerelemente 21 vorgesehen.
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Zum
Einleiten einer Schaltbewegung in jeden Schaltstift 10 ist
jeweils eine aus einem nicht leitenden Material bestehende Isolierschwinge 12 vorgesehen,
die in einem Zwischengehäuse 13 angeordnet
ist. Das aus einem zweckmäßigen Metall
wie Aluminium bestehende Zwischengehäuse 13 weist einen
Flanschabschnitt 13a auf, der gasdicht mit dem Isolator 5a der
Freiluftdurchführung 5 verklebt
ist. Selbstverständlich
können
der Flanschabschnitt 13a und das Zwischengehäuse 13 im
Rahmen der Erfindung auch einstückig
ausgebildet sein. Das Zwischengehäuse 13 ist mittels
Haltekappen 15 gasdicht verschlossen.
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Zum
Halten des Gleitkontaktes 9 über den Verbindungsleiter 11 in
der Freiluftdurchführung 5 ist ein
Stützer 16 vorgesehen,
der einerseits mit dem Verbindungsleiter 11 und andererseits
mit der Haltekappe 15 des Zwischengehäuses 13 fest verbunden ist.
Der Stützer 16 ist
aus einem Isolierstoff, wie beispielsweise Gießharz, hergestellt.
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Zum Übertragen
der Antriebsbewegung von der Isolierschwinge 12 auf den
Schaltstift 10 ist eine Koppelstange 17 vorgesehen,
die an der Isolierschwinge 12 angelenkt ist und an ihrem
von der Isolierschwinge 12 abgewandten Ende über eine
Schaltstiftführung 18 fest
mit dem Schaltstift 10 verbunden ist. Der Verbindungsleiter 11,
in dem die Koppelstange 17 und der Schaltstift 10 teilweise
angeordnet ist, dient zur Führung
der Koppelstange 17 und zur Vermeidung von Spannungsspitzen
innerhalb des Isolators 5a der Freiluftdurchführung 5.
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Die
Isolierschwinge 12 ist weiterhin fest mit einer in dem
Zwischengehäuse 13 gelagerten
Antriebswelle 19 verbunden, die über ein zweckmäßiges, mit
Dichtungsmitteln ausgerüstetes
Drehlager aus dem Zwischengehäuse 13 hinausgeführt ist. Durch
Drehung der Antriebswelle 19 wird die Isolierschwinge 12 in
eine in 1 angedeutete
Trennstellung 20 überführt, in
welcher der Schaltstift 10 aus dem Einfahrkontakt herausgeführt ist,
so dass zwischen dem Einfahrkontakt 8 und dem Gleitkontakt 9 eine
Trennstrecke gebildet ist.
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Durch
die mechanische Anbindung des Gleitkontaktes 9 an das Zwischengehäuse 13 durch den
gasdurchlässigen
Stützer 16 ist
lediglich ein Gasraum ausgebildet. Ist jede Freiluftdurchführung 5 mit
einem Stützer 16 ausgerüstet, muss
lediglich ein Prüfverfahren
auf Dichtheit der Schaltanlage 1 durchgeführt werden.
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In 1 ist jedoch bei der rechts
dargestellten Freiluftdurchführung 5 der
Verbindungsleiter 11 über
eine gasdichte Schottdurchführung 22 in
der Freiluftdurchführung 5 gehalten.
Durch die gasdichte Schottdurchführung 22 ist
in der rechten Freiluftdurchführung 5 ein
separater Trenngasraum bereitgestellt, der mit einem von demjenigen
der restlichen Schaltanlage 1 abweichenden Gas befüllbar ist.
Weiterhin sei auf den unterhalb des Gehäuses 2 angeordneten
Spannungswandler 23 sowie auf das Antriebsgehäuse 24 zum
Unterbringen einer Antriebs- sowie einer Steuereinheit für den Leistungsschalter 3 verwiesen.
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An
dem Anschlussstutzen 4 ist ferner ein Erdungsschalter 25 erkennbar,
der nach dem Öffnen des
Trennschalters 7 zum Erden des Trennschalters 7 vorgesehen
ist. Dazu stellt der Erdungsschalter 25 eine leitende Verbindung
zwischen dem auf dem Verbindungsleiter 11 befindlichen
Erdkontakt 25a sowie dem auf Erdpotential liegenden metallischen
Gehäuse 2 her.
Zum Antrieb des Erdungsschalters 25 ist eine aus dem Anschlussstutzen 4 des
Gehäuses 2 herausgeführte Erdungswelle 26 vorgesehen.
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Ferner
ist ein an dem Gehäuse 2 befestigter Antriebskasten 27 zur
Aufnahme eines Antriebes für die
Erdungswelle 26 erkennbar. Der Antrieb für die Isolierschwinge 12 ist
in dem Antriebsgehäuse 27a angeordnet.
Darüber
hinaus ist die Schaltanlage 1 mit einem Überwurfstromwandler 28 ausgerüstet.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltanlage,
wobei auf einen Erdungsschalter 25 im Anschlussstutzen 4 sowie auf
einen Spannungswandler 23 unterhalb des Gehäuses 2 verzichtet
wurde.
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Bei
einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Erdungsschalter 25 in
dem Zwischengehäuse 13 angeordnet
und an einer der Haltekappen 15 befestigt.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Zum Anschluss von drei Freiluftdurchführungen 5 an dem lediglich
zwei Anschlussstutzen 4 aufweisenden Gehäuse 2 ist
ein Aufteilungsstutzen 29 vorgesehen. Der Aufteilungsstutzen 29 weist
zur Verbindung mit dem Anschlussstutzen 4 einen Gehäuseflansch 30 auf.
An seinem von dem Gehäuseflansch 20 abgewandten
Ende sind zwei Aufteilungsstutzen 31 zum Anschluss der
Freiluftdurchführungen 5 vorgesehen.
Dabei weisen die Aufteilungsstutzen in unterschiedliche Richtungen,
so dass die luftisolierten Hochspannungsanschlüsse 6 einen zur Vermeidung
von Spannungsüberschlägen ausreichend
großen
Abstand zueinander aufweisen. Die mittlere Freiluftdurchführung 5 weist
keinen Erdungsschalter 25 auf. Deren Trennschalter 7 wird
durch den Erdungsschalter 25 der in 3 rechten Freiluftdurchführung übernommen.