DE1465650C3 - Elektrische Hochleistungsschaltanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Hochleistungsschaltanlage mit nebeneinander angeordneten Fächern und einem oberhalb oder unterhalb der Fächer vorgesehenen gemeinsamen Sammelschienenkanal, von welchem sich Stammschiencn in einer zur Längsrichtung der Schaltanlage und des Sammel-Schienenkanals rechtwinkligen Ebene nach unten bzw. nach oben in Richtung auf den Boden bzw. auf die obere Wand der Fächer zu erstrecken, wobei in den Fächern in je einer Etage zwischen zwei Fachseitenwänden übereinander angeordnete Vcrtcüungseinheiten mit Hochlcistungsschaltgcräten an die Stammschiencn angeschlossen sind und die .Stammschienen sich außerhalb des Sammelscliienenkanals geradlinig in einen von den Sammelschienen abgewendeten Raum erstrecken.

Bei einer bekannten (AEG-Liste Z 31/SgN 55 832, »Stahlblechgekapselte Verteilungen«, Teil 2, April 1961, S. 6 bis 11) elektrischen Hochleistungsschaltanlage dieser Art, bei der jedoch nicht alle Sammelschienen exakt oberhalb bzw. unterhalb des zugehörigen Faches verlaufen, verlaufen die Stammschienen an einer Fachrückwand aus Blech und innerhalb einer Abdeckwanne. Die Stammschienen, parallel zu welchen ein Schutzleiter verläuft, erstrecken sich in einen von den Sammelschienen abgewendeten Raum, der tiefer als die Verteilereinheiten liegt. Der Raum unterhalb der Verteilereinheiten nimmt einen waagerechten Schutzleiter, eine Klemmleiste für Steuerleitungen und ein Motorkabel auf. Die Stammschienen verlaufen nicht geradlinig, sondern weisen im Sammelschienenkanal Biegungen auf. Die sich nach den Stammschienen hin erstreckenden Stromwege der Hochleistungsschaltgeräte verlaufen in Biegungen und zumeist in einer Vertikalebene.

Die Anordnung der Hochleistungsschaltgeräte mit unter Biegungen verlaufenden Stromwegen bedingt eine hohe Anfälligkeit für Störlichtbögen, welche jeweils unter Zerstörung der Hochleistungsschaltgeräte in einer Etage ausbrennen und am Übergreifen auf benachbarte Etagen durch Kapselung mittels Bodenflächen gehindert sind. Die drei an der Blech-Fachrückwand vorgesehenen Stammschienen bieten drei verschiedene Möglichkeiten für Störlichtbögen, welche auf Grund der Blech-Fachrückwand und der Abdeckwanne in Richtung zur Vorderseite und zur Rückseite der Hochleistungsschaltanlage für Bedienungspersonal nicht schädlich sein können, wobei aber die Blech-Fachrückwand und die Abdeckwanne einen zusätzlichen Aufwand darstellen, zu dem auch der senkrechte Schutzleiter und der waagerechte Schutzleiter gehören.

Die bekannte Hochleistungsschaltanlage erfüllt also die notwendigen Anforderungen in bezug auf Betriebssicherheit, Wartung, Schadensverhütung in Kurzschlußfällen und die Sicherheit des Bedienungspersonals nur unzulänglich. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hochleistungsschaltanlage der anfangs genannten Art zu schaffen, deren Betriebssicherheit erhöht ist und bei der die schädlichen Auswirkungen eines auftretenden Störlichtbogens auf Anlage und Bedienungspersonal verringert sind. Dies soll ohne zusätzliche Hilfsmittel nur durch geeignete Anordnung der zwangläufig bereits vorhandenen Teile erreicht werden.

Im Zusammenhang mit dieser Aufgabenstellung ist es bekannt (Zeitschrift »Elektro-Anzeiger«, Nr. 8, 24. April 1963, S. 155 und 156), eine Schottung aus Isolierstoff vorzusehen, der dem Druck und der Strahlung des Störlichtbogens standhält und eine Lichtbogenwanderung unterbindet, wobei aber ein in einer Etage entstehender Lichtbogen, der nicht wandern kann, die dort vorhandenen Verteilungseinheiten und Hochleistungsschaltgeräte zerstört oder besondere Einrichtungen zur Verhinderung dieser Zerstörung vorgesehen sein müssen. Es ist auch bekannt (deutsche Patentschrift 721 237), an den Stammschionen Hilfslciter anzubringen, die zum einen jeweils eine offene Schleife bilden und derart verlaufen, daß der Störlichtbögen an eine vorbestimmte Stelle weitergeleitet wird, und, falls sie am Stammschienenende angebracht sind, zum anderen in einem

besonders ausgebauten Raum verlaufen, wobei jedoch nicht nur Mittel zum Abschalten-von an den Hilfsleitern auftretenden Störlichtbögen vorhanden sein müssen, sondern auch die Hilfsleiter zusätzliche Hilfsmittel darstellen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung eine elektrische Hochleistungsschaltanlage der anfangs genannten Art vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Stromwege der Hochleistungsschaltgeräte mit ihren Sicherungen unmittelbar an die Stammschienen anschließen und parallel zueinander und geradlinig in einer horizontalen Ebene nach den Stammschienen an der einen Fachseitenwand hin erstrecken, welche aus Isolierstoff ausgeführt ist, und daß der Raum, in den sich die Stromschienen erstrecken, sich in dem Fach unterhalb bzw. oberhalb der Verteilereinheiten befindet sowie frei von Geräten, Leitungen oder anderen Schaltanlagenbestandteilen ist.

Durch die Anordnung der drei Stammschienen an der aus Isolierstoff, d. h. einem unmagnetischen Werkstoff mit extrem hoher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit, bestehenden Fachseitenwand wird die Möglichkeit zur Entstehung von Lichtbogen von drei auf zwei beschränkt und erreicht, daß ein Lichtbogen nicht zur vorderseitigen Tür, sondern parallel zu dieser gelenkt ist. Ein an den Stammschienen entstehender Störlichtbogen läuft an den Verteilungseinheiten vorbei an den Stammschienen entlang zu dem freien Raum, in welchem er ohne Schaden anzurichten verlöscht. Durch die waagerechte Anordnung der Hochleistungsschaltgeräte wird die Gefahr, daß Lichtbogen entstehen, vermindert. Lichtbogen, die nahe den Stammschienen an den Hochleistungsschaltgeräten entstehen, greifen rasch auf die Stammschienen über und werden von diesen abgeleitet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel zeigt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch eine Schaltanlage von vorne gesehen,

F i g. 2 einen waagerechten Schnitt einer Sammelschienenkammer entlang der Linie H-II in der Fig.l;

F i g. 3 ist ein waagerechter Schnitt entlang der Linie III-III in der Fig.l.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltanlage für Hochleistungsenergieverteilung ist in Fächer 10, 12, 14 usw. und eine für alle Fächer gemeinsame Schienenkammer 16 aufgeteilt. Die elektrische Energie wird durch drei Sammelschienen 18, 20, 22 zugeführt, welche sich durch die Schienenkammer 16 erstrecken und jede in einem eigenen Schienenkanal hermetisch eingeschlossen ist, der aus Isolierstoff besteht. Die drei Sammelschienen 18, 20, 22 eritsprechen z. B. bei Drehstrom den drei Phasenleitungen.

Die Fächer sind aus Wänden 30, 32, 30', 38 und 16' aus Isolierstoff mit äußerst hoher dielektrischer Durchschlagfestigkeit hergestellt, welcher Werkstoff im wesentlichen aus Kunststoff, Gips und Holzfibern in bestimmter Anordnung besteht. Hierbei ist es von ausschlaggebender Bedeutung, daß die Fachwände 30 bzw. 30', in deren Nähe die Stammschienen 24, 26, 28 bzw. 24', 26', 28' in Form von Doppelschienen angeordnet werden, aus diesem Werkstoff ausgeführt sind, wie im nachfolgenden näher beschrieben wird.

Die Stammschienen 24, 26, 28 sind an die Sammelschienen 18, 20, 22 angeschlossen und erstrecken sich durch die Hochleistungsfächer 10 bzw. 14 nach unten an einer Vielzahl von Verteilungseinheiten 52 vorbei zur letzten derselben. Jede der Verteilungseinheiten enthält drei Sicherungen 40, drei Hochleistungsschalter 42 und drei Anschlußschienen 44, welche letzteren durch die Wand 32 des Fachs hindurchgeführt und mit je einem Verteilungskabel 46 verbunden sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, verlaufen die Stromwege, die von den Sicherungen 40, den Schaltern 42 und den Anschlußschienen 44 gebildet werden, im wesentlichen in einer waagerechten Ebene. Es ist zweckmäßig, die beweglichen Schalterelemente 42' so nahe der Seitenwand 32 wie möglich anzuordnen oder einen am beweglichen Schalterelement 42 angebrachten biegsamen Leiter, z. B. eine Litzenflechte, direkt an der durch die Seitenwand 32 kommenden Anschlußschiene 44 zu befestigen. Das Außenende des beweglichen Schalterarmes 42 wirkt mit dem einen Anschlußstück der Sicherung 40 zusammen, während das andere Anschlußstück der Sicherung gegen ein feststehendes Kontaktelement 25 anliegt, das an der jeweiligen Stammschiene befestigt ist.

Das Hochleistungsfach 10 enthält eine größere Anzahl dieser Verteilungseinheiten 52, die als leicht austauschbare Einsatzrahmen 52 in je einer Etage des Fachs vorgesehen sind. Die drei Sicherungen 40 jeder Verteilungseinheit 52 sind handelsübliche, genormte Schmelzdrahtsicherungen für eine Stromstärke von maximal 600 A und einer in der Zeichnung nicht dargestellten Sicherungskassette angeordnet, mittels der die drei Sicherungen 40 aus der Verteilungseinheit 52 gleichzeitig eingesetzt bzw. herausgezogen werden können.

Die Schalter 42 können handbedient sein, z.B. mittels eines nicht gezeigten Bedienungshebels, oder auch ferngesteuert mittels eines Elektromagneten, Elektromotors oder einer Druckluftbetätigungseinrichtung 50, die in dem angrenzenden Fach 12 vorgesehen ist. Ein derartiger Antriebsmechanismus für die Schalter 42 ist durch gestrichelte Linien 48 angedeutet.

Die Vorderwand 36 der Fächer, die sich nach oben bis zur Schienenkammer 16 erstreckt, besteht aus Sicherheitsgründen auf übliche Weise aus Stahlblech und ist somit außer den Verbindungselementen für die Fachwände der einzige, aus magnetischem Werkstoff ausgeführte größere Bestandteil der Fächer. Die Vorderwand 36 ist wegen ihrer magnetischen Eigenschaften möglichst weit von den Stromwegen entfernt anzuordnen.

Der Raum 34 unterhalb der untersten Verteilungseinheit 52 soll leer sein, weil dieser Raum eine Art Funkenkammer bildet, wenn unter Umständen ein Kurzschluß zwischen den Stammschienen 24, 26, 28 auftritt. Ein bei Kurzschluß sich bildender Lichtbogen wandert mit hoher Geschwindigkeit zwischen den Stammschienen nach unten an das Ende derselben und wird von den Schienen in den Raum 34 getrieben, welcher Vorgang im nachfolgenden erklärt wird.

Wenn während des Betriebs dieser Kurzschluß zwischen den Stammschienen 24, 26, 28 entsteht, werden dieselben äußerst hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Es hat sich jedoch bei Versuchen gezeigt, daß die erfindungsgemäße Einrichtung mit Stammschienen, deren Quer-

schnittsfläche 50 X 5 mm beträgt, Kurzschlußstoßströme bis zu 100 kA bei 525 V auszuhaken vermag, ohne daß hierbei eine Verformung der Stammschienen erfolgt.

Es sind auch Versuche durchgeführt worden, um die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung zu ermitteln, einen etwaigen Schaden auf die Fehlerstelle zu begrenzen. Bei üblichen Schaltanlagen lassen die elektrodynamischen und elektromagnetischen Kräfte einen sich bildenden Lichtbogen dreiphasig zwischen Phasenleitung und Erde entstehen. Bei der Einrichtung nach der Erfindung können jedoch einerseits nur zwei Lichtbogen zwischen den drei in einer Ebene hegenden Schienen gebildet werden, nämlich zwischen dem mittleren Leiter und den beiden Außenleitern, dahingegen kein paralleler Lichtbogen zwischen den beiden Außenleitern, und andererseits ist die Lichtbogenbildung keiner Beeinflussung durch elektromagnetische Kräfte ausgesetzt. Durch Verringerung der Möglichkeiten eines Entstehens von Lichtbogen, von drei bei üblichen Anlagen, die vor einer Erdfläche angeordnet sind, auf nur zwei Lichtbogen bei den Stammschienen 24, 26, 28 der Anlage nach der Erfindung, welche Stammschienen vor einer unmagnetischen und isolierenden Fläche 30 angeordnet sind, verringert sich auch die Lichtbogenleistung um einen Betrag von 33%. Als Beispiel kann genannt werden: Bei üblichen Stammschienen vor einer Erdfläche ist eine Lichtbogenleistung von etwa 10 MW gemessen worden, bei Stammschienen vor einer unmagnetischen und isolierenden Fläche bei im übrigen gleichen Verhältnissen eine Leistung von etwa 6 MW.

In dem Fall, daß ein Kurzschluß zwischen den Stammschienen 24, 26, 28 auftritt, wandert der hierdurch gebildete Lichtbogen an den Schienen entlang mit einer äußerst hohen Geschwindigkeit nach unten, die Werte bis zu 4000 m/s erreichen kann, beispielsweise bei einem Kurzschlußstrom von 100 kA und

ίο einem Abstand zwischen den Schienen von einigen Millimetern. Wenn der Lichtbogen das untere Ende der Stammschienen 24, 26, 28 erreicht hat, wird er von den elektrodynamischen Kräften weitergetrieben und verlängert, so daß er seinen Fortgang in einem sich ausweitenden Bogen weiter nach unten in dem freien Raum 34 unterhalb der Stammschienen nimmt und ausgeblasen wird, eine Selbstlöschwirkung, die mit der Lichtbogenlöschung bei bekannten Hornableitern verglichen werden kann.

Es ist hierbei wichtig, daß einerseits der Lichtbogen in dem Ausblaseraum 34 nicht Fuß fassen kann und sich die Stammschienen ohne Abweichungen direkt geradeaus nach unten erstrecken, weil der Lichtbogen anderenfalls erneut zur Zündung kommen kann und karussellähnlich im Hochleistungsfach herumlaufen würde, sowie andererseits der Abstand zwischen den Stammschienen- möglichst gering gewählt wird, um die Leistung des Lichtbogens gering und die Wandergeschwindigkeit des Lichtbogens hoch zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Hochleistungsschaltanlage mit nebeneinander angeordneten Fächern und einem oberhalb oder unterhalb der Fächer vorgesehenen gemeinsamen Sammelschienenkanal, von welchem sich Stammschienen in einer zur Längsrichtung der Schaltanlage und des Sammelschienenkanals rechtwinkligen Ebene nach unten bzw. nach oben in Richtung auf den Boden bzw. auf die obere Wand der Fächer zu erstrecken, wobei in den Fächern in je einer Etage zwischen zwei Fachseitenwänden übereinander angeordnete Verteilungseinheiten mit Hochleistungsschaltgeräten an die Stammschienen angeschlossen sind und die Stammschienen sich außerhalb des Sammelschienenkanals geradlinig in einen von den Sammelschienen abgewendeten Raum erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stromwege der Hochleistungsschaltgeräte (42) mit ihren Sicherungen unmittelbar an die Stammschienen (24, 26,· 28) anschließen und parallel zueinander und geradlinig in einer horizontalen Ebene nach den Stammschienen an der einen Fachseitenwand (30) hin erstrecken, welche aus Isolierstoff ausgeführt ist, und daß der Raum (34), in den sich die Stammschienen erstrecken, sich in dem Fach (10, 12, 14) unterhalb bzw. oberhalb der Verteilereinheiten (52) befindet sowie frei von Geräten, Leitungen oder anderen _ Schaltanlagenbestandteilen ist.

2. Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Fachseitenwand (32) aus dem gleichen Werkstoff wie die erstgenannte Fachseitenwand (30) ausgeführt ist.

3. Schaltanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Fachseitenwand (32) zwischen dem Fach für die Verteilereinheiten (52) und einem Kabelfach (12) angeordnet ist.

4. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Betätigungselemente (50) für die Hochleistungsschaltgeräte (42) außerhalb (12) der Verteilungseinheiten (52) vorgesehen sind, wobei die beweglichen Teile der Hochleistungsschaltgeräte mit den Betätigungselementen (50) durch mechanische Kupplungsglieder (48) aus Isolierstoff verbunden sind.