DE19751648A1 - Mittelspannungs-Trennermesser-Lasttrennschalter mit Vakuum-Schaltkammern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lasttrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Lasttrenner ist ein elektrisches Schaltgerät, das den Nennstrom eines elektrischen Netzes führen und ausschalten kann, und bei dem eine, durch Vorschriften definierte Luftstrecke im Ausschaltzustand eingehalten sein muß. Im Gegensatz zu Trennern bei denen eine Schaltung nicht unter Spannung erfolgen muß, muß ein Lasttrennschalter einen Lichtbogen führen und löschen können, dessen Leistung durch die Nennspannung bzw. den zu schaltenden Nennstrom definiert ist.

Ein Lasttrennschalter im Mittelspannungsbereich kann beispielsweise als sogenannter Kompressions-Lasttrenner ausgeführt sein, bei dem eine Beblasung der Lichtbogenstrecke während des Schaltvorganges mit einem, während des Schaltvorganges erzeugten, Druckluftvolumen erzeugt wird. Oder bei anderen gängigen Ausführungen wird der Lichtbogen in einem engen Spalt aus gasabgebendem Isoliermaterial - vorwiegend Kunststoff - gezogen und so durch den Druckanstieg und Verfestigung der Trennstrecke im Stromnulldurchgang gelöscht.

Beiden Ausführungen - gleichgültig, ob als Schubtrennschalter oder als Messertrennschalter entwickelt - ist eigen, daß sie einen mehr oder weniger großen Luft- bzw. Gasausstoß haben, welcher einerseits die Trennstrecke zwischen den Phasen beeinträchtigt, was durch konstruktiven Aufwand begrenzt werden muß, andererseits je nach Gasausstroßrichtung Schalterteile im Laufe der Vielzahl von Schaltungen verschmutzen und die dielektrische Festigkeit mindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lasttrenner zu entwickeln, bei dem die konstruktive Ausgestaltung eine saubere, schnelle Trennung des Trenn-Lichtbogens ohne Auswurf, eine bei großer Schalthäufigkeit minimale Trennkontaktabnutzung und dies alles bei günstigen kleinen Bauabmessungen erfüllt.

In einer ersten Ausgestaltung sind zwei feste Kontaktstücke (1) (2) in einem stoß­ spannungsfesten Abstand über Mittelspannungs-Isolatoren (3) mit einem Grundrahmen (4) verbunden. Die Anordnung dieser Kontaktstücke (1) (2) wurde so gewählt, daß durch die erhöhte Lage des einen (2), das die beiden Kontaktstücke in EIN-Stellung verbindende Trennermesserpaar (5) in AUS-Stellung nur eine, im Vergleich zu gängigen Ausführungen, verminderte Schalterbauhöhe entsteht. Fig. (1). Der notwendige Kontaktdruck des Trennermesserpaares (5) auf die Kontaktstücke (1) (2) wird hier anstelle der sonst üblichen Tellerfedersätze oder Federanordnungen mittels einfacher, preiswerter Zugfedern (6) ohne angebogene Ösen, in den Außenwindungen durch eingeschobene Blechstücke, z. B. Blattfedern (7) erzeugt, welches zusätzlich eine flache Federkernlinie beinhaltet. Fig. (2).

In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen den Kontaktmesserpaaren (5) jeweils eine zugehörige Löscheinrichtung (8) axial ausziehbar und schwenkbar angeordnet. Im Zusammenwirken mit dem Fang/Rasthaken (9) im Innern des unten plazierten Kontaktstückes (1) wird bei der Ausschaltbewegung des Trennermesserpaares (5) eine Längung der ausschwenkenden Löscheinrichtung (8) gegen eine anwachsende Federrückstellkraft erzwungen. Anspruch 3; 4.

Die Löscheinrichtung (8) besteht aus einem mechanisch verschiebbaren vorderen Teil (10), welches durch eine Federanordnung (11) mit genau definierter Anfangskraft immer in kurzer Ruhelänge gehalten wird. Die vorstehend benannte Anfangskraft stellt sicher, daß erst nach einer Trennung/Schaltung der im hinteren Teil (12) plazierten Vakuumschaltkammer und nach Überwindung der Anfangs kraft durch das sich öffnende Trennermesserpaar (5), welches über einen innen liegenden Drehpunkt (13) die Löscheinrichtung mitnimmt, der vordere Teil (10) sich mechanisch längt bzw. auseinandergezogen wird. Anspruch 3, Fig. (3a) (3b) (3c).

Die Lasttrenner-Vakuum-Schaltkammer (14), im hinteren Teil (12) der Löscheinrichtung (8) plaziert, ist vollkommen von einem Isolierstoffgehäuse (15) (z. B. Spritzkunststoffteil) umschlossen, welches die Kammer vor äußeren Einflüssen schützt, die axiale Führung, den genau begrenzten Schalthub der Kammer sowie den Kontaktdruck der Kammer mittels Druckfeder (16) nebst Ergänzung (17) eines möglichen Abbrandes im Innern der Kammer, beinhaltet. In einer anderen Ausführung kann zur Erhöhung der äußeren Isolierstrecke der Vakuumkammer diese komplett mit einem aushärtbaren Dielektrikum (18) (z. B. aushärtbare Silikonmasse) in dem Isoliergehäuse umspritzt werden, um eine sichere Verwendung für höhere Spannungsebenen (z. B. 24 kV) bei gleichen Baumaßen sicherzustellen. Anspruch 5 und 6; Fig. (4).

Das Isoliergehäuse (15) ist neben der Axialverschiebbarkeit mit einer Rastkante (19) versehen, welche in Zusammenarbeit mit einer, an dem Schwenklager (21) angebrachten, Rastfeder (2) nach der Schaltung der Vakuumkammer einrastet und ein Schließen derselben erst wieder unmittelbar am Ende der AUS-Schaltung beim Rückschwenken der Löscheinrichtung (8) zwischen das Trennermesserpaar (5) ermöglicht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß während der weiteren AUS- Schaltbewegung bis zum Ende des Einschwingens der Löscheinrichtung (8) zwischen dem Trennermesserpaar (5) immer eine spannungsfeste Trennstrecke im Innern der Vakuumschaltkammer bestehen bleibt. Anspruch 7, Fig. (5) und (3a).

Der vordere Teil (10) der Löscheinrichtung (8) besteht aus einer mit Federkraft beaufschlagten Mechanik, wobei die Vorspannkraft der Feder (11) sicherstellt, daß erst nach der Trennung der Vakuum-Schaltkammer (14) mittels einer konstruktiv vor­ gegebenen Zugkraftdifferenz eine Längung der Löscheinrichtung (8) im vorderen Teil (10) eintreten kann. Diese Längung der Löscheinrichtung, hervorgerufen durch die Mitnahme der gesamten Löscheinrichtung (8) durch den Anlenk-/Schwenkpunkt (13) wird nach einem konstruktiv festgelegten Weg über eine Kulissenführung (22) so gesteuert, daß die Anlage des Hakens (23) im Kontaktstück (1) wegabhängig und zwangsweise zurückgezogen (24) wird. Erst danach kann die aufgebaute Federkraft den Hakenhebel (25) auf die Ausgangslänge zurückstellen, und die Löscheinrichtung kommt durch die weitere AUS-Bewegung des Schwenkpunktes (13) von dem Kontaktstück (1) frei. Nun ist die Schwenkeinrichtung (26) in der Lage, die Löscheinrichtung (8) zwischen das fast die Endstellung AUS erreichende Trennermesserpaar zurückzudrehen. Anspruch 8 - Fig. (6a) und (6b).

Die Antriebsanordnungen, gleichgültig, ob der Sprungantrieb (27) oder der Speicher­ antrieb, wurden grundsätzlich im Innern des Grundrahmens (4) angeordnet, so daß dessen Außenflächen frei von Antriebsanordnungen sind und auch hier - ähnlich wie eingangs beschrieben - eine schmale Baugröße, diesmal in der Breite, ermöglicht. Dies wurde erreicht, weil die Schaltwelle (28) partiell konzentrisch in der Spannwelle (29) geführt wird und so eine preisgünstige Lösung darstellt, da eine Welle gespart wurde. Anspruch 9 - Fig. (7a) und (7b).

Claims (8)

1. Mittelspannungs-Trennermesser-Lasttrennschalter mit einer zwischen den Trennermesser integrierten Lastschalteinrichtung, welche in Form einer in Reihe mit einer Vakuum-Schaltkammer geschalteten Kommu­ tierungsstrecke ausgeprägt ist. Dabei schaltet die Vakuumkammer zu einem definierten, schaltwegabhängigen Zeitpunkt den Laststrom sicher und sauber ohne Auswurf ab.

2. Lasttrennschalter mit einem festen Kontaktstück, welches über Mittel­ spannungsisolator auf einen Grundrahmen in erhöhter Position befestigt ist, an dem ein mit Kontaktdruck belastetes Trennmesserpaar schwenk­ bar gelagert ist; dadurch gekennzeichnet, daß sich ein weiteres festes Kontaktstück in wesentlich erniedrigter Position über Mittelspannungs­ isolator mit dem, Spannungsebene entsprechendem Abstand, zum erstge­ nannten Kontaktstück auf dem Grundrahmen befestigt ist. Die in ver­ schieden hohen Abständen von der Flanschfläche des Grundrahmens montierten Kontaktstücke ermöglichen eine - gegenüber dem Wettbe­ werb - niedrigere Gesamthöhe des Schalters in AUS-Stellung, was wiederum eine geringere Bautiefe von Schaltfeldern ermöglicht.

3. Lasttrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktdruck des Trennermesserpaares, welches im eingeschalteten Zustand die festen Kontaktstücke verbindet, durch integrierte Zugfedern ohne Ösen, die durch Blattfedern zwischen den beiden äußersten Windungen ihre Zugkraft auf das Trennermesserpaar übertragen, erzeugt wird. Im Gegensatz zu sonst üblicherweise verwendeten Tellerfedersätzen an den Außenseiten der Trennermesser, welche die Baubreite des Trenner­ messerpaares vergrößeren, kann mit den Zugfedern ohne Ösen, welche ausschließlich aus federnden Windungen bestehen, ein flacherer, günstigerer Kontaktdruckverlauf sichergestellt werden.

4. Lasttrennschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Trennermesserpaar eine Lastschalteinrichtung aus­ schwenkbar gelagert ist, welche über eine sinnvolle, wegabhängige Mechanik die Kommutierung und Unterbrechung des Ausschaltstromes sicherstellt.
Lasttrennschalter nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innern des tiefer gelegten Kontaktstückes, welches als Einschaltkontakt ausgebildet ist, eine Fangeinrichtung für die Vakuum-Lastschalteinrichtung befindet, deren Ausbildung ein Lösen dieser vor dem Erreichen einer spannungsfesten Trennstrecke unmöglich macht.
Lasttrenner nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum-Schaltkammer stoßfest und vor äußeren Einflüssen geschützt, in einem Kunststoffisolationsgehäuse gelagert ist, welches einerseits den notwendigen Kontaktdruck der Vakuum-Schaltkammer sicherstellt, anderer­ seits aber auch den Schalthub der Vakuumschalterkammer zu deren Schutz begrenzt.

5. Lasttrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum- Lastschaltkammer in dem Kunststoffisolationsgehäuse in ihrer gesamten festen Länge durch ein eingespritztes, ausgehärtetes Dielektrikum (z. B. aushärtbare Silikonmasse) ihre Isolationsstrecke weit über die von der Porzellan-Isolatorlänge vorgegebene Länge vergrößert hat und so für höhere Spannungsebenen (hier 24 kV) bei gleicher Baulänge verwendet werden kann.

6. Lasttrenner nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsgehäuse der V-Kammer durch ihre Ausbildung - neben der Aus­ schwenkbarkeit aus dem Trennermesserpaar - in Verbindung mit einer Rast-Blattfeder - eine Offenhaltung der Trennstrecke im Innern der ge­ schalteten V-Kammer während des Schaltvorganges sicherstellt, welche sich erst nach dem Rückschwenken der Löscheinrichtung (mit V-Kammer) zwischen das Trennmesserpaar, kurz vor dessen Erreichen der AUS- Entstellung entrastet und das Schließen/Einschalten der V-Kammer zuläßt.

7. Lasttrenner nach Anspruch 3, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsgehäuse fest mit einer Rastmechanik verbunden ist, welche einerseits durch die Ausbildung des federnd geführten Fanghakens eine genügend große konstruktiv festgelegte Trennstrecke zwischen dem aus­ schaltenden Trennermesserpaar und dem Kontaktstück bis zum Beginn der Unterbrechung des auf die Löscheinrichtung kommutierten Stromes durch die Vakuum-Schaltkammer sicherstellt. Anderseits stellt die Rast­ mechanik durch eine abgestufte, innere Federkraft sicher, daß sich erst nach der wegabhängigen Stromunterbrechung durch die Vakuum-Schalt­ kammer der federnd geführte Fanghaken nach einem vorgegebenen defi­ nierten Weg über eine Kulissenführung zwangsweise seine Klinken­ überdeckung im Innern des tiefer gelegten Kontaktstückes aussteuert wurde, so daß der anstehende und sich weiter während der Verlänge­ rung der Trennstrecke erhöhende Federdruck die Löscheinrichtung auf ihre Ursprungslänge (nach der Vakuum-Kontakttrennung)) verkürzt, was ein Freiwerden der Löscheinrichtung vom Kontaktstück bewirkt, und dieses wiederum die Rückschwenkbewegung der genannten Löscheinrichtung mit der immer noch geöffnet gehaltenen Vakuumkammer-Trennstrecke, zwischen das Trennermesserpaar mittels einer Mechanik am Isolations­ gehäuse ermöglicht.

8. Lasttrenner nach vorherigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß sich die mechanischen Antriebe - ob Sprungantrieb oder Speicheran­ trieb - durch eine spezielle Ausbildung der Schaltwelle, welche partiell in der Spannwelle geführt wird, grundsätzlich mit allen Teilen wie Hebel, Schraubfedern und Klinkensystemen im Innern des Grundrahmens plaziert wurden, so daß die Seitenflächen des Grundrahmens bis auf die notwendigerweise, vorstehenden Spannantriebswellen für Lasttrenner und ggf. Anbau-Erder frei von Antriebsmechanik sind.