DE19938422A1 - Erdungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Erdungsschalter mit einer ein feststehendes Kontaktstück und ein schwenkbares bewegliches Kontaktstück aufweisenden Kontaktstelle. Der Kontaktstelle ist ein Isoliergaserzeuger (20, 21) zugeordnet, der bei Einschaltung auf Spannung bzw. Kurzschluß ansteuerbar ist und die Kontaktstelle (11, 17) mit dem Einschaltlichtbogen mittels des Isoliergases bebläst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Erdungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie betrifft insbesondere einen Erdungsschalter für Mittelspannung.

Bei dem Erdungsschalter kann das feste Kontaktstück schienenförmig ausgebildet sein, wogegen das bewegliche Kontaktstück als Schwenkarmanordnung ausgebildet ist, mit zwei Messern, die im eingeschalteten Zustand das feststehende Kontaktstück zwischen sich nehmen. Selbstverständlich kann dies auch umgekehrt sein; dabei sind Einmes­ seranordnungen bekannt, die in das feststehende Kontaktstück eintauchen.

Jedenfalls müssen Erdungsschalter nach geltenden Vorschriften zwei Hauptanforde­ rungen erfüllen: sie müssen einerseits Kurzschlußströme in eingeschaltetem Zustand führen können, und sie müssen so ausgebildet sein, daß sie wenigstens zwei mal im Fehlerfall auf Kurzschluß bei voller Betriebsspannung einschalten können.

Bei der letztgenannten Anforderung treten beim Einschalten Einschalt- oder Vorzünd­ lichtbögen auf, die die Kontaktstückoberfläche verändern und damit das Isoliervermö­ gen des Erdungsschalters verhindern. Bei der zweiten oder einer weiteren Einschaltung erhöhen sich die Dauer, die Intensität und somit die isolationsmindernden Auswirkun­ gen des Vorzündlichtbogens; schließlich kann es zum Versagen des Erdungsschalters z. B. durch Verschweißen oder Verbrennen der Kontaktstücke kommen. Um die Aus­ wirkungen dieser Vorzündlichtbögen zu minimieren, werden unter anderem homogene Kontaktstückformen zum Erreichen geringer elektrischer Oberflächenfeldstärken, hohe Einschaltgeschwindigkeiten sowie Kontaktmodifikationen wie Vorzündelektroden ge­ wählt. Insbesondere das Erzielen hoher Einschaltgeschwindigkeiten und das Vorsehen von Vorzündelektroden machen einen derartigen Erdungsschalter konstruktiv und kostenmäßig aufwendig. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Isoliermedium zwischen den Kontaktstücken Luft ist.

Erdungsschalter, die sich in Medien mit höherer elektrischer Festigkeit als Luft befinden, z. B. in einer SF6-Gasatmosphäre, können konstruktiv einfacher ausgestaltet werden. Aufwendige Homogenisierung der Elektroden bzw. der Kontaktstücke, Kontaktmodifika­ tionen in Form von Vorzündelektroden und übermäßig hohe Einschaltgeschwindigkeiten können vermieden und damit auch die Antriebe der Erdungsschalter einfacher und ko­ stengünstiger ausgeführt werden.

Für den Fall, daß im Rahmen einer Vorschriftenneugestaltung die Anzahl der Kurz­ schlußeinschaltungen auf mindestens fünf Schaltungsvorgänge erhöht wird, können bei Gasisolierung ähnliche Probleme auftreten wie bei einer Luftisolierung. Aus diesem Grunde werden auch bereits zum Einschalten auf Kurzschluß Vakuumkammern ver­ wendet; doch ist diese Ausführung gegenwärtig sehr kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erdungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und der eine höhere Anzahl von Kurzschlußein­ schaltungen durchführen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Der Kontaktstelle ist in besonders vorteilhafter Weise ein Isoliergaserzeuger zugeord­ net, der bei Einschaltung im Falle eines Kurzschlußstromes ansteuerbar ist und die Kontaktstelle mit dem Einschaltlichtbogen mit dem in ihm befindlichen Gas bebläst.

Damit wird dem Lichtbogen ein erheblicher Teil seiner Wirkung genommen, und in dem Falle, wenn der Isoliergaserzeuger kurz vor der Entstehung des Lichtbogens angesteu­ ert wird, wenn also das bewegliche Kontaktstück sich in einer bestimmten Entfernung zum feststehenden Kontaktstück befindet, dann kann der Lichtbogen unterdrückt bzw. dessen Auswirkungen vermindert werden, was zu einer deutlichen Verlängerung der Lebensdauer des Erdungsschalters führt.

Zur Ansteuerung des Gaserzeugers wird ein Zündsignal verwendet, das bei anstehen­ der Spannung Einschalten auf Kurzschluß erzeugbar ist.

In besonders vorteilhafter Weise werden an der zu erdenden Strombahn innerhalb der Schaltanlage Wandler bzw. Sensoren angeordnet, die den Spannungszustand, d. h. das Anliegen einer Spannung oder Spannungsfreiheit detektieren, das den Gaserzeu­ ger ansteuert. Bei Anliegen einer Spannung wird ein Zündsignal für den Gaserzeuger generiert. Der Sensor kann dabei auch ein Sensor zur Detektierung eines elektrischen Feldes sein, der bei Annäherung des beweglichen Kontaktstückes an das feststehende das dabei entstehende elektrische Feld bewertet und bei Überschreiten eines be­ stimmten Wertes bei anliegender Spannung das Ansteuersignal für den Gaserzeuger erzeugt.

In besonders vorteilhafter Weise ist der Isoliergaserzeuger dem feststehenden Kontakt­ stück zugeordnet.

Damit der Gaserzeuger bei mehreren Einschaltvorgängen wirksam sein kann, kann er in besonders vorteilhafter Weise aus mehreren Kammern zusammengesetzt sein, in denen sich unter Druck stehendes Isoliergas hoher elektrischer Festigkeit befindet. Die Anzahl der Kammern ist dann in zweckmäßiger Weise gleich der Anzahl der voraus­ sichtlichen Einschaltvorgänge. Wenn der Erdungsschalter entsprechend den Vor­ schriften fünf mal eingeschaltet werden soll auf Kurzschluß, dann sind in vorteilhafter Weise auch fünf Kammern vorgesehen.

Die einzelnen Kammern sind dann so ausgebildet, daß sie eine Kleinsprengladung ent­ halten, die eine Wand beim Auftreten des Zündsignales öffnet, die den Gasstrom hin zur Lichtbogenentstehungsstelle abbläst.

Anhand der Zeichnung in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sol­ len die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Erdungsschalter,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine einzelne Kammer vor dem Öffnen, und

Fig. 3 die Kammer gemäß Fig. 2 nach dem Öffnen.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil eines Erdungsschalters 10, ohne An­ trieb und ohne Zuleitungen zu den einzelnen Komponenten. Der Erdungsschalter 10 besitzt ein bewegliches Kontaktstück 11, das aus zwei Kontaktstückarmen 12 und 13 zusammengesetzt ist und sich um einen Drehpunkt 14 schwenken läßt. Die beiden Kontaktstückarme 12 und 13 brauchen nicht näher dargestellt und beschrieben zu wer­ den, da ihre Zuordnung zueinander zum allgemeinen Stand der Technik gehört. Die eigentlichen Kontaktflächen sind an den freien Enden bei 15 und 16 vorgesehen.

Der Erdungsschalter besitzt weiterhin ein feststehendes Kontaktstück 17, das an einem Trägerelement 18 angeformt ist, wobei das Trägerelement 18 bezogen auf das festste­ hende Kontaktstück 17 abgekröpft ist. Im Einschaltvorgang schwenkt das bewegliche Kontaktstück 11 entsprechend einer kreisbogenförmigen Kurve 19 aus der Ausschalt­ stellung in die Einschaltstellung, in der die beiden Kontaktelektroden 15 und 16 das fin­ gerförmige Kontaktstück 17 zwischen sich nehmen.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung, kurz bevor das bewegliche Kontaktstück 11 das fest­ stehende Kontaktstück 17 berührt, können dann, wenn das feststehende Kontaktstück 17 unter Spannung steht und auf Kurzschluß eingeschaltet wird, Lichtbögen entstehen, die als Vorzündlichtbögen oder Einschaltlichtbögen Abschmelzungen sowohl am fest­ stehenden Kontaktstück als auch am beweglichen Kontaktstück erzeugen können. Aus diesem Grund ist dem feststehenden Kontaktstück 17 ein Gaserzeuger 20 zugeordnet, der, wie hier dargestellt, aus fünf Gaserzeugungskammern zusammengesetzt ist; die Anzahl fünf entspricht der Anzahl der Kurzschlußeinschaltungen. Im Falle anderer Vor­ schriften wäre die Anzahl der einzelnen Kammern 21 an die vorgeschriebene Anzahl von Kurzschlußeinschaltungen angepaßt.

Die einzelnen Gaserzeugungskammern 21 werden von einem Signal 22 angesteuert, das eine Sprengladung 23 innerhalb der Kammer 21 zündet, wodurch eine Wandung 24 mit Sollbruchstellen abgesprengt wird und das Gas, das innerhalb der Kammer 21 unter hohem Druck steht, gemäß Pfeilrichtungen 25 austreten kann. Die Anordnung der ein­ zelnen Gaserzeugungskammern 21 ist so getroffen, daß der Gasstrom 25 in jedem Fall auf die Kontaktstelle und insbesondere auf die Stelle bläst, an der der Vorzündlichtbo­ gen entsteht.

Die Generierung des Signales 22 erfolgt in Abhängigkeit von der Bewegung des be­ weglichen Kontaktstückes 11 und vom Spannungszustand (Anliegen einer Spannung oder Spannungsfreiheit) innerhalb der Schaltanlage. Dabei ist das Signal so zu erzeu­ gen, daß vor dem vollständigen Einschalten des Erdungsschalters die Zündung der Sprengladung 23 erfolgt, so daß die Gasströmung 25 den Vorzündlichtbogen weitest­ gehend verhindert.

Zur Erzeugung des Signals kann eine im allgemeinen innerhalb der Schaltanlage vor­ handene Steuer- bzw. Schutzeinheit verwendet werden, die den Spannungszustand der zu erdenden Strombahn über ein entsprechendes Meßsystem (Wandler oder Sensor) bewertet, d. h., die detektiert, ob eine Spannung anliegt oder nicht. Die Signalge­ nerierung erfolgt dann über eine Logikverknüpfung von Einschaltbefehl für den Er­ dungsschalter und Spannungszustand. Ist die zu erdende Strombahn spannungsfrei, wird kein Signal zur Kammerzündung generiert.

Das Zündsignal bzw. der Zündimpuls selbst ist ein einfaches Spannungssignal von we­ nigen Volt, das durch eine konventionelle Spannungsquelle oder einen Energiespei­ cher, wie z. B. einen Kondensator erzeugt wird; derartige Energiequellen sind an sich bekannt.

Es besteht auch die Möglichkeit, einen Sensor einzubauen, der das elektrische Feld detektiert, das sich beim Einschaltvorgang ergibt; es besteht auch die Möglichkeit, daß die Zündung der Sprengladung 23 durch den Vorzündlichtbogen selbst angesteuert wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Schaltanlagen mit kleinen technischen Parametern ohne Hilfsspannung betrieben werden. In diesem Falle sind hilfsspan­ nungsgesteuerte Steuer- und Schutzgeräte praktisch nicht vorhanden und die innerhalb der Schaltanlage befindlichen Schaltgeräte, ebenso wie der Erdungsschalter, sind dann von Hand zu betätigen. In solchen Fällen folgt erzeugt die Zündung der Sprengladung 23 durch das elektrische Feld, welches sich bei der Annäherung des beweglichen Kon­ taktstückes gegen das feststehende Kontaktstück erhöht auch nur dann, wenn die zu erdende Strombahn nicht spannungsfrei ist. Bei einem bestimmten Feldstärkewert, der abhängig ist vom Abstand der beiden Kontaktstücke und der Spannungshöhe generiert ein Feldstärke detektierender Sensor in der Nähe der Kontaktstelle das Zündsignal für die Sprengladung 23.

Claims (10)

1. Erdungsschalter mit einer ein feststehendes Kontaktstück und ein schwenkba­ res bewegliches Kontaktstück aufweisenden Kontaktstelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstelle ein Isoliergaserzeuger (20, 21) zugeordnet ist, der bei Einschal­ tung im Falle eines Kurzschlußstromes ansteuerbar ist und die Kontaktstelle (11, 17) mit dem Einschaltlichtbogen mittels des Isoliergases bebläst.

2. Erdungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolier­ gaserzeuger (20, 21) mittels eines Zündsignales (22) ansteuerbar ist, das bei anste­ hender Spannung bzw. Einschalten auf Kurzschluß erzeugbar ist.

3. Erdungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor zur Bewertung des Spannungszustandes vorgesehen ist, so daß bei Anliegen einer Spannung das Zündsignal generiert wird.

4. Erdungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Sensor zur Detektierung eines elektrisches Feldes ist, der bei Annähern des beweg­ lichen Kontaktstückes (11) an das feststehende Kontaktstück (17) das dabei entste­ hende und ansteigende elektrische Feld bewertet und bei Überschreiten eines be­ stimmten Wertes bei anliegender Spannung das Zündsignal erzeugt.

5. Erdungsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündsignal nur dann erzeugt wird, wenn eine Detektierungseinheit keine Spannungsfreiheit besteht.

6. Erdungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isoliergaserzeuger (20, 21) derart ansteuerbar ist, daß die Kontakt­ stelle (11, 17) zu einem Zeitpunkt beblasen wird, kurz bevor der Einschaltlichtbogen entsteht, so daß das Entstehen des Einschaltlichtbogens im wesentlichen verhindert wird bzw. dessen Auswirkungen vermindert werden.

7. Erdungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isoliergaserzeuger (20, 21) dem feststehenden Kontaktstück (17) zu­ geordnet ist.

8. Erdungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isoliergaserzeuger (20, 21) wenigstens eine Kammer (21), vorzugs­ weise eine der Anzahl der geforderten Einschaltungen auf Kurzschluß entsprechende Anzahl von Kammern aufweist, die jeweils unter Druck stehendes Isoliergas, insbeson­ dere Gas höherer elektrischer Festigkeit enthalten, von denen je eine bei jedem Ein­ schaltvorgang bei Kurzschlußstrom geöffnet wird und so den Lichtbogen bebläst, bzw. dessen Entstehung weitestgehend verhindert.

9. Erdungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kam­ mer (21) eine Kleinsprengladung (23) enthält, die eine Wand (24) beim Auftreten des Zündsignales öffnet.

10. Erdungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu öff­ nende Wand (24) wenigstens eine Sollbruchstelle besitzt.