DE2718436B2

DE2718436B2 - Elektrische Schaltvorrichtung und Anwendung derselben in einer Pumpspeicheranlage

Info

Publication number: DE2718436B2
Application number: DE2718436A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Yokohama Tsuchida (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-04-27
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1979-07-26
Also published as: DE2718436C3; JPS52131177A; CH616527A5; JPS6025849B2; US4211902A; DE2718436A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung, mit einem ein elektrisch isolierendes Gas enthaltenden Gehäuse, in dem zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Kontaktpaare angeordnet sind, welche je einen starren Kontakt und einen länglichen Kontakt, der in seiner Längsrichtung zum starren Kontakt hin und von diesem weg bewegbar ist, aufweisen, und ferner mit umsteuerbaren Mitteln zum Verschieben des beweglichen Kontaktes in seiner Längsrichtung. Die Erfindung betrifft ferner die Anwendung dieser elektrischen Schaltvorrichtung in einer Pumpspeicheranlage, wobei die elektrische Schaltvorrichtung zwischen eine elektrische Maschine und eine Stromschiene geschaltet ist, um wahlweise durch

Betätigung der elektrischen Schaltvorrichtung die

genannte elektrische Maschine entweder als Generator oder als Motor zu betreiben.

In den letzten Jahren wurden hydroelektrische

jo Anlagen mit Pumpspeichereinrichtungen ausgestattet, die eine elektrische Maschine aufweisen, welche unter normalen Betriebsbedingungen als Generator und bei reduzierter Belastung der hydroelektrischen Anlage als Motor arbeitet, wobei im letzteren Fall die als Motor arbeitende Maschine dazu dient, eine Turbine oder ein Wasserrad anzutreiben, um Wasser von einem unteren Behälter in einen oberen zu fördern. Zu diesem Zweck muß die Drehrichtung der elektrischen Maschine umgekehrt werden. Um die Drehrichtung einer im

w Dreiphasenbetrieb arbeitenden elektrischen Maschine umzukehren, ist es bekanntlich notwendig, zwei Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine miteinander zu vertauschen. Das geschieht durch zwei separate Trennschalter, über die die elektrische Maschine mit einer Stromschiene verbunden ist. Die Trennschalter beanspruchen einen beträchtlichen Raum. Außerdem müssen die Betätigungsmechanismen dieser Trennschalter mittels einer Verriegelung miteinander verbunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

elektrische Schaltvorrichtung zu schaffen, die eine einfache Struktur aufweist und deren gekoppelte

Trennschalter in bezug auf ihre Größe reduziert sind. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

vorgeschlagen, daß die umsteuerbaren Mittel ein um eine feste Achse in beiden Richtungen drehbares Bauelement aufweisen, welches bei jeder Drehrichtung zur gleichzeitigen, gegenläufigen Verschiebung der beweglichen Kontakte dient, derart, daß wenn einer der beweglichen Kontakte zu seinem starren Kontakt hin bewegt wird, der andere bewegliche Kontakt von seinem starren Kontakt weg bewegt wird, so daß beide beweglichen Kontakte nicht gleichzeitig mit ihren zusammenarbeitenden festen Kontakten verbunden sein können, und daß ein weiteres Paar starrer Kontakte vorhanden ist, die untereinander elektrisch verbunden sind und die je mit einem der beweglichen Kontakte in gleitendem Kontakt stehen.

In den Zeichnungen wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigen äierbei

F i g. 1 ein bekanntes Schaltschema einer ,ils Generator oder als Elektromotor arbeitenden elektrischen Maschine, die in einer hydroelektrischen Pumpspeicheranlage verwendet wird.

F i g. 2 einige der in F i g. 1 schematisch dargestellten bekannten Vorrichtungen,

F i g. 3 einen schematischen Aufriß der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltvorrichtung,

Fig.4 und 5 eine schematische Darstellung eines Teils der in F i g. 3 ersichtlichen elektrischen Schaltvorrichtung,

F i g. 6 eine Einzelheit, in der eine Modifikation der in den F i g. 4 und 5 dargestellten elektrischen Schaltvorrichtung ersichtlich ist

In der F i g. 1 ist eine elektrische Maschine G ersichtlich, die mit einer Wasserturbine oder mit einem Wasserrad (nicht dargestellt) verbunden ist Die elektrische Maschine G ist über einen Transformator Tr, einen Haupt-Trennschalter DS, einen Gasstromunterbrecher GCB und Trennschalter DS\, DS₂ mit einer Stromschiene BUS elektrisch verbunden. Eine elektrische Last (nicht dargestellt) ist über einen Trennschalter DSa, einen Stromunterbrecher CB und einen Trennschalter DSb an die Stromschiene BUS angeschlossen. Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet die elektrische Maschine G als Generator und liefert einen Dreiphasen-Wechselstrom über die Stromschiene BUS an die elektrische Last Wenn im Hinblick auf den Antrieb des Wasserrades oder der Wasserturbine die elektrische Maschine G als Motor betrieben wird, ist es notwendig, diese in umgekehrter Richtung laufen zu lassen. Gleichzeitig speist die Stromschiene die als Motor arbeitende elektrische Maschine G mit elektrischer Energie, die der Stromschiene BUS über eine elektrische Leitung (nicht dargestellt) zugeführt wird. Um die Umkehrung der Drehrichtung herbeizuführen, ist es unumgänglich, zwei der Phasenanschlüsse der der elektrischen Maschine zugeführten elektrischen Energie zu vertauschen. Zu diesem Zweck sind die Trennschalter DS\, DS₂ angeordnet. Dabei ist es so, daß, wenn der Trennschalter DS\ geschlossen ist, der Trennschalter DS₂ geöffnet ist und umgekehrt Ferner können beide Trennschalter DS\, DS₂ gleichzeitig geöffnet sein, dürfen aber andererseits nie gleichzeitig geschlossen sein.

In der F i g. 2 sind der Haupt-Trennschalter DS, der Gasstromunterbrecher GCB und die beiden Trennschalter DS₁, DS₂ dargestellt

Ferner ist die Stromschiene BUS ersichtlich. Man sieht, daß die beiden Trennschalter DS], DS₂ getrennte Einheiten bilden. Weiterhin ist ein Verriegelungsmechanismus vorhanden, der zwischen den Betätigungshebeln der beiden Trennschalter angeordnet ist. Der Verriegelungsmechanismus weist ein Verbindungsglied LK auf, welches an einem Ende eine längliche Ausnehmung aufweist, in der der Betätigungshebel L\ des Trennschalters DS\ gelagert ist Der Betätigungshebel L₂ des Trennschalters DS₂ ist mit dem anderen Ende des Verbindungsgliedes verbunden. Der Verriegelungsmechanismus ist derart ausgebildet, daß die beiden Trennschalter gleichzeitig geöffnet, aber nicht gleichzeitig geschlossen werden können.

In den bekannten elektrischen Schaltvorrichtungen sind zwei separate Trennschalter DS\, DS₂ vorhanden, die notwendigerweise einen beträchtlichen Raum beanspruchen. Ferner müssen die Betätigungsmechanismen dieser Trennschalter mittels eines Verriegelungsmechanismus miteinander verbunden werden.

In der Fig.3 ist eine elektrische Schaltvorrichtung PHSD auf eine Stromschiene BUS montiert Ferner ist auf einer Seite der Schaltvorrichtung PHSD ein Gasstromunterbrecher GCB an diese angeschlossen. Ein Haupt-Trennschalter DS'rst zwischen einem oberen Abschnitt des Gasstromunterbrechers und einem Endteil TrC des Transformators Tr angeordnet Die Stromschiene BUS, die Schaltvorrichtung PHSD, der Haupt-Trennschalter DS, der Gasstromunterbrecher GCB und der Endteil 7X7 des Transformators stehen in gegenseitiger Verbindung und sind mit einem Gas, wie z.B. SFe, gefüllt das Isolationszwecken dient In der Schaltvorrichtung PHSD ist für jede Phase des Wechselstromes je eine Phasenschakeretnrichtung vorgesehen. Eine Einrichtung dient zum Vertauschen der Anschlußklemme A mit der Anschlußklemme B und eine zweite Einrichtung dient zum Vertauschen der Anschlußklemmen B und A. Die dritte Phasenschaltereinrichtung dient nur zur Unterbrechung der Verbindung zur Phase C Die Anschlußklemmen A, B befinden sich an der Stromschiene BUS.

In der F i g. 4 ist ein Gerüst ersichtlich, das sich aus einem oben und unten offenen Gehäuse 1 sowie einer am oberen Ende des Gehäuses 1 angeordneten Deckhaube 2 zusammensetzt Das untere Ende des Gehäuses dient der Befestigung der Stromschiene BUS.

Im Inneren des Gerüstes sind zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Kontaktpaare angeordnet. Jedes dieser Kontaktpaare weist einen starr angeordneten Kontakt 6a, 66 und einen beweglichen Kontakt 13a, 136 auf. Die starren Kontakte 6a, Sb, sind auf Leiter 5a, 5b montiert, die mittels Isolatoren 4a, 4b befestigt sind. Diese Isolatoren sind ihrerseits an Deckeln 3a, 3b befestigt. Die Leiter 5a, 5b sind mit zwei Phasenanschlüssen der Stromschiene BUS verbunden. Die beweglichen Kontakte 13a, 136 weisen eine längliche Form auf und sind mittels Isolierstangen 12a, 12b je mit einer Zahnstange 11a, 116 verbunden. Die Zahnstangen Ha, lib sind in bezug auf die Längsrichtung der beweglichen Kontakte 13a, 136 ausgerichtet. Eine eine Öffnung in der Seitenwand des Gehäuses 1 verschlie-

« ßende Distanzhülse 7 aus isolierendem Material trägt einen Leiter 8. Dieser Leiter 8 ist derart angeordnet, daß er mit dem Gasstromunterbrecher GCB in Verbindung steht Der Leiter 8 weist zwei weitere starre Kontakte 14a, 146 auf, die in schleifendem Kontakt mit den entsprechenden beweglichen Kontakten 13a, 136 stehen. Die Zahnstangen 11a, 116 kämmen an diametral gegenüberliegenden Stellen mit einem Zahnrad 10, das auf eine Welle 9 montiert ist, die in beide Drehrichtungen drehbar gelagert ist.

Der starre Kontakt 6a und der bewegliche Kontakt 13a bilden den Trennschalter DS₂ und die Kontakte 66 und 136 bilden den Trennschalter DS\. Die Schaltvorrichtung funktioniert folgendermaßen.
Wenn die elektrische Maschine G als Generator arbeitet, fließt der elektrische Strom ausgehend von dem an eine Endklemme des Gasstromunterbrechers GCB angeschlossenen Leiter 8 über den Zwischenkontakt 146, den beweglichen Kontakt 136, den starren Kontakt 66 und den Leiter 56 zum Anschluß B der Stromschiene BUS. Dieser Sachverhalt kann der F i g. 4 entnommen werden.

Beim öffnen des Gasstromunterbrechers wird die Zahnstange 116 nach oben und die Zahnstange Ha nach

unten bewegt und ein Zustand wird erreicht, bei dem der bewegliche Kontakt 136 vom starren Kontakt 6b getrennt ist und der bewegliche Kontakt 13a, obwohl in der Nähe des starren Kontaktes 6a sich befindend, mit dem starren Kontakt 6a noch nicht in Verbindung steht, so daß beide miteinander in Wirkverbindung stehende Kontaktpaare offen sind und das in das Gehäuse eingeführte Gas zwischen diesen Kontakten eine Isolationsschicht bildet Wenn das Zahnrad 10 mittels seiner Betätigungseinrichtung weitergedreht wird, tritt der bewegliche Kontakt 13a mit dem starren Kontakt 6a in Verbindung, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist. Wenn sich die Schaltanlage in diesem Zustand befindet, fließt der elektrische Strom von der Stromschiene über den Leiter 5a. die Kontakte 6a, 13a und 14a zum Leiter 8, von ' wo der Strom zur elektrischen Maschine G gelangt, die dann als Motor arbeitet.

In der Ausführungsform gemäß Fig.6 weisen die

umsteuerbaren Mittel einen Hebel 15 auf. Dieser Hebel 15 ist auf der Welle 9 gelagert und ist an seinen Enden mit den oberen Enden der Isolierstangen 12a bzw. 12b verbunden. Wenn die Welle 9 sich dreht, wird unter dem Einfluß des Hebels 15 der eine bewegliche Kontakt zu seinem zugeordneten starren Kontakt hin bewegt und der andere bewegliche Kontakt wird von seinem zugeordneten starren Kontakt weg bewegt.

Da das Gehäuse zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Kontaktpaare aufweist, kann eine dimensionsmäßig kleinere Schaltvorrichtung zur Phasenschaltung in hydroelektrischen Pumpspeicheranlagen verwendet werden, als dies bisher in den bekannten Anlagen der Fall war. Da andererseits unter dem Einfluß der umsteuerbaren Mittel die beweglichen Kontakte gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden können, braucht zwischen den beiden Kontaktpaaren kein Verriegelungsmechanismus angeordnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltvorrichtung mit einem ein elektrisch isoliierendes Gas enthaltenden Gehäuse, in dem zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Kontaktpaare angeordnet sind, welche je einen starren Kontakt und einen länglichen Kontakt, der in seiner Längsrichtung zum starren Kontakt hin und von diesem weg bewegbar ist, aufweisen, und ferner mit umsteuerbaren Mitteln zum Verschieben des beweglichen Kontaktes in seiner Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein um eine feste Achse (9) in beiden Richtungen drehbares Bauelement vorgesehen ist, welches bei jeder Drehrichtung zur gleichzeitigen, gegenseitigen Verschiebung der beweglichen Kontakte (13a, 13b) dient, derart, daß wenn einer der beweglichen Kontakte (13a, t3b) zu seinem starren Kontakt (6a, 6b) hin bewegt wird, der andere bewegliche Kontakt von seinem starren Kontakt weg bewegt wird, so daß beide beweglichen Kontakte nicht gleichzeitig mit ihren zugehörigen festen Kontakten verbunden sein können, und daß ein weiteres Paar starrer Kontakte (14a, \4b) vorhanden ist, die untereinander elektrisch verbunden sind und die je mit einem der beweglichen Kontakte in gleitendem Kontakt stehen.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umsteuerbaren Mittel zwei Zahnstangen (Ha, Wb) aufweisen, die je mit einem der beweglichen Kontakte (13a, 13^ verbunden sind und in Bezug auf die Längsrichtung des zugeordneten beweglichen Kontaktes ausgerichtet sind, daß das Bauelement als ein drehbar im Gehäuse gelagertes Zahnrad (10) ausgebildet ist, und daß die beiden Zahnstangen (Ua, Wb) an einander gegenüberliegenden Stellen des Zahnrades (10) mit diesem in Eingriff stehen.

3. Schaltvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zahnstange (Ha, Wb) mit dem ihr zugeordneten Kontakt (13a, Mb) mittels einer aus Isoliermaterial bestehenden Stange (12a, \2b) verbunden ist.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umsteuerbaren Mittel zwei Verbindungselemente (16a, 16ty aufweisen, die je mit einem der beweglichen Kontakte (13a, \3b) axial ausgerichtet sind, daß die Verbindungselemente mit je einem Ende eines im Gehäuse angeordneten Hebels (15) gelenkig verbunden sind, und daß der Hebel um eine Achse (9), die sich zwischen seinen beiden Enden befindet, drehbar gelagert ist

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungselement (16a, \6b) mit dem ihm zugeordneten Kontakt (13a, Mb) mittels einer aus Isoliermaterial bestehenden Stange (12a, 12£>^ verbunden ist

6. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Kontakte (6a, 6b) der beiden miteinander in Wirkverbindung stehenden Kontaktpaare je mit zwei Phasenanschlüssen der Stromschiene verbunden sind.

7. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Gas Schwefelhexafluorid ist

8. Anwendung der elektrischen Schaltvorrichtung

nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 in einer Pumpspeicheranlage, wobei die elektrische Schaltvorrichtung zwischen eine elektrische Maschine und eine Stromschiene geschaltet ist, um wahlweise durch Betätigung der elektrischen Schaltvorrichtung die genannte elektrische Maschine entweder als Generator oder als Motor zu betreiben.