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Schaltstation
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Die Erfindung betrifft eine Schaltstation mit mindestens einer Schottwand
und einem in die Schottwand eingebauten Durchführungs-Trennschalter mit einem Trennarm,
der in einer Aussparung der Schottwand um eine zwischen den beiden Enden des Trennarms
liegende Achse schwenkbar ist, wobei auf beiden Seiten der Schottwand Je ein Schaltstück
und auf mindestens einer Seite der Schottwand ein Erdungsschaltstück auf Kreisbögen
mit einem solchen Durchmesser um die Achse angeordnet sind, daß die beiden Schaltstücke
über den Trennarm miteinander verbindbar sind oder das Erdungsschaltstück mit dem
Trennarm verbindbar ist.
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Durchführungs-Trennschalter für eine solche Schaltstation sind beispielsweise
aus der deutschen Auslegeschrift 1 127 434 bekannt. Jeder Trennarm liegt dabei mittig
in einer Scheibendurchführung, die eine Wandöffnung abdeckt. Die Welle des Trennarms
ist in der Scheibendurchführung drehbar gelagert und der Trennarm ist in einem Spalt
der Scheibendurchführung schwenkbar. Die Betätigung des Trennarms erfolgt mit einer
Zugstange, die direkt Sid 2 Met / 17.4.1978
am Trennarm angreift.
Die mit dem Trennarm zusammenwirkenden feststehenden Schaltstücke werden von zwei
StUtzisolatoren getragen. Der Trennarm kann in der Ausschaltstellung mit Erdungsschaltstücken
verbunden und damit geerdet werden. Der Trennarm ist als Trennmesser ausgebildet
und besteht aus zwei Flachprofilen, die durch Federn gegeneinander gedrückt werden.
Zum Schalten mehrerer Phasen ist für jede Phase ein Trennarin, eine gesonderte Welle
und eine gesonderte Zugstange vorhanden. Jeder Trennarm ist in einem eigenen Spalt
der Scheibendurchführung schwenkbar.
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In einer derartigen Schaltstation werden zweckmäBigerweise verschiedene
Räume, z.B. Sammelschienenraum, Leistungsschalterraum und Abzweigraum mit Schottwänden
voneinander getrennt. Der Durchführungstrenner, der in der Schottwand sitzt, weist
dann den Vorteil auf, daß in Ausschaltstellung, insbesondere wenn der Trennarm geerdet
ist, keine Spannung von einem Raum in den anderen verschleppt werden kann.
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Bei herkömmlichen Trennschaltern tritt bei versehentlichem Schalten
unter Last nur in dem Raum, in dem der Trennschalter eingebaut ist, ein Lichtbogen
auf. Beim Durchführungstrenner der genannten Art dagegen sind auf beiden Seiten
der Schottwand Schaltstrecken vorhanden und damit entsteht beim Schalten unter Last
in beiden durch die Schottwand getrennten Räumen ein Lichtbogen.
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Nachteilig gegenüber den herkömmlichen Trennschaltern ist damit, daß
bei versehentlichem Schalten unter Last Anlagenteile auf beiden Seiten beschädigt
werden können und somit die elektrische Schottung in diesem Fall wirkungslos wird.
Ferner ist es sehr aufwendig, den Spalt in der Schottwand, in dem der Trennarm schwenkbar
ist, für jede Stellung des Trennarms abzudichten. Durch kleine Spalte kann zwar
kein Lichtbogen direkt über den Durchführungstrenner übertragen werden, die Spalte
können aber dazu
führen, daß durch einen Lichtbogen ionisierte Gase
durch die Schottwand hindurchdringen und auf der anderen Seite der Schottwand ebenfalls
zur Zündung eines Lichtbogens führen können.
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Da bei Durchführungs-Trennern der Trennarm jeweils mit zwei Schaltstücken
verbunden wird, sind beim Durchführungs-Trenner die Betätigungskräfte etwa doppelt
so hoch wie bei herkömmlichen Trennern. Wenn z.B. Flugsand in die Schaltstrecken
eindringt, können die Betätigungskräfte so hoch werden, daß der Durchführungs-Trenner
nicht mehr betätigt werden kann.
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Bei den bekannten Durchführungs-Trennern kann zwar der Trennarm selbst
geerdet werden, zur Erdung anderer Anlagenteile,z.B. Sammelschienen, Abzweig- und
Leistungsschalterraum, mUssen jedoch gesonderte Erdungseinrichtungen vorhanden sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltstation der obengenannten
Art so auszugestalten, daß unter Ausschaltung von Umwelteinflüssen eine sichere
elektrische Schottwirkung der Schottwand mit dem eingebauten Durchführungs-Trennschalter
erreicht wird.
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Diese Aufgabe ird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Trennarm
in einem geschlossenen, in der Aussparung der Schottwand liegenden Kessel isoliert
eingebaut ist, an dessen innerem Umfang die Schaltstücke und mindestens ein Erdungsschaltstück
so angeordnet sind, daß jedes der Schaltstücke über den Trennarm mit einem Erdungsschaltstück
leitend verbindbar ist.
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Mit dieser Ausführung wird erreicht, daß beim Schalten unter Last
u.U. zwar der Durchfthrungs-Trennschalter selbst zerstört werden kann, daß aber
kein Schaltlichtbogen in die zu
trennenden Räume eindringen kann.
Die elektr. Soberttntag ist dadurch erheblich verbessert. Der Durchführungs-Trenner
ist gegen Umwelteinflüsse geschützt, so daß weder eine Verschlechterung des Isolierzustands
noch eine Erhöhung der Betätigungskräfte durch Umwelteinflüsse auftreten kann. Da
beide Schaltstücke über den Trennerarm wahlweise geerdet werden können, ist sichergestellt,
daß keine Spannung von einem Raum in den anderen verschleppt werden kann. Da der
erfindungsgemäße Durchführungs-Trennschalter bereits die Erdungsfunktion für die
mit den Schaltstücken verbundenen Anlagenteile, z.B.
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Sammelschienen, Abzweige oder Leistungsschalter, beinhaltet, sind
keine gesonderten Erdungsvorrichtungen notwendig. Es kann auch zusätzlich eine Schaltstellung
vorgesehen werden, bei der nur der Trennarm geerdet ist.
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Der Kessel des Durchfuhrungs-Trennschalters kann in die Aussparung
der Schottwand zweckmäßigerweise weitgehend gasdicht eingebaut werden. Die Gasdichtigkeit
soll dabei so weitgehend sein, daß durch eventuell vorhandene Spalte keine Gase
in einer zur Zündung eines Lichtbogens ausreichenden Menge dringen können. Da hierbei
keine beweglichen Teile abgedichtet werden müssen, ist der gasdichte Einbau besonders
einfach durchzuführen. Damit wird eine vollständige elektrische Schottung erreicht,
da keine Spalte vorhanden sind, durch die Lichtbogengase durch die Trennwand durchdringen
könnten.
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Bei einer Schalt station mit einem Durchführungs-Trennschalter der
obengenannten Art, bei dem die Achse mittig zwischen den beiden Enden des Trennarms
liegt und die Schaltstücke und Erdungsschaltstücke auf einem gemeinsamen Kreisbogen
um die Achse angeordnet sind, wird der Kessel zweckmäßigerweise als Rohr ausgeführt
und die Achse zentrisch im Rohr angeordnet. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher
und raumsparender Aufbau.
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Bei einer Schaltstation mit einem Durchführungs-Trennschalter, bei
dem der Trennarm mit einer Welle als Achse verbunden ist, wird die Welle vorteilhafterweise
als Isolierwelle ausgeführt und der Trennarm über die Isolierwelle betätigt. Diese
Betätigungsmöglichkeit ist besonders einfach, insbesondere deshalb, weil die Welle
über eine einfache Dichtung aus dem Kessel herausgeführt werden kann.
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Bei einer Schaltstation mit einem Durchführungs-Trennschalt er zum
Schalten mehrerer Phasen, bei dem pro Phase ein Trennarm vorhanden ist, können die
Trennarme für alle Phasen an einer gemeinsamen isolierten Welle angeordnet und in
einen gemeinsamen Kessel eingebaut sein.
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Dadurch ergibt sich eine materia - und platzsparende Anordnung.
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I)ie Schaltstücke und die Erdungsschaltstücke können kugelförmig sein
und jedes Trennarmende kann vier im Rechteck angeordnete Stäbe aufweisen, deren
Enden die kugelförmiger Schaltstücke und Erdungsschaltstücke umgreifen. Da bei kugelförmigen
Schaltstücken die elektrische Feldverteilung besonders gut ist,kommt man mit den
geringsten Abständen zwischen den Schaltstücken aus. Die Anordnung kann dadurch
kompakt gebaut werden. Durch die vierfache Kontaktstelle ergibt sich eine gute Kontaktgabe.
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Jedes Schaltstück kann mit einem weiteren Schaltstück leitend verbunden
sein, wobei jedem dieser Schaltstücke ein Erdungsschaltstück diametral gegenüberliegt.
Damit ergibt sich die oben angeführte Möglichkeit, jedes Schaltstück über den Trennarm
zu erden, bei einer einfachen Ausbildung der Schaltstücke.
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Der Kessel kann mit einem elektronegativen Gas gefüllt sein. Als elektronegatives
Gas kann z.B. SF6-Gas ver-
wendet werden. Dadurch wird eine sehr
kompakte Bauweise möglich. Da damit auch die Trennarme verkürzt werden können, wird
das zur Betätigung erforderliche Drehmoment, das bei Durchführungs-Trennschaltern
wegen der doppelten Schaltstellem relativ hoch ist, verringert.
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Im folgenden wird der erfindungsgemäße Durchführungs-Trenner beispielhaft
anhand der Figuren 1 bis 4 beschrieben. Dabei sind in den einzelnen Figuren gleiche
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Figur 1 zeigt zwei Durchführungs-Trennschalter 1 und 1', die in eine
Schaltstation für eine Einfachsammelschiene eingebaut sind. Die Schaltstation weist
drei geschottete Räume auf, nämlich den Sammelschienenraum A, den Leistungsschalterra-<m
B und den Abzweigraum C. Diese Räume sind durch die Schottwände 4 und 5 abgeteilt.
Zur Druckentlastung bei auftretenden Lichtbögen weisen die einzelnen Räume Druckentlastungsöffnungen
12, 13 und 14 auf. Im Raum C liegt ein dreiphasiger Abzweig 17, der über den Durchführungs-Trennschalter
1', den Leistungsschalter 16 und den DurcllfUhrungs-Trennschalter 1 mit der im Raum
A liegenden dreiphaoigen Sammelschiene 15 verbunden werden kann. Im Stromkreis liegt
ein Stromwandler 18 zur Strommessung. Zur Spannungsmessung ist ein Spannungswandler
19 mit einem Pol des Leistungsschalters 16 verbunden.
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Die Durchführungs-Trennschalter 1 und lt sind in luftdicht gekapselte
metallische Kessel 1a und lat eingebaut. Die Kessel 1a und 1a' können z.B. mit SF6-Gas
gefüllt sein. Die Kessel 1a und 1a' wiederum sind weitgehend luftdicht in Aussparuiigen
der Schottwände 4 bzw.
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5 eingebaut und mit diesen ebenfalls metallischen Schottwänden 4 bzw.
5 leitend verbunden. Da alle Wände geerdet sind, sind somit auch die Kessel 1a und
1a' geerdet.
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Die Durchführungs-Trenner 1 und 1' sind gleichartig aufgebaut. Der
Aufbau wird im folgenden anhand des DurchfUhrungs-Trenners 1 in Figur 1 und anhand
von Figur 2 erläutert. Dabei zeigt Figur 2 einen achsparallelen Schnitt durch den
Durchführungs-Trenner 1. Die dreiphasige Sammelschiene 15 ist über isolierte Durchführungen
20a bis 20c mit Schaltstücken 6a bis 6c im Inneren des Kessels 1a verbunden. Dabei
sind die Schaltstücke 6a bis 6c, wie Figur 2 zeigt, in axialem Abstand zueinander
angeordnet. Den Schaltstücken 6a bis 6c liegen die Schaltstücke 8a bis 8c im Kessel
1a diametral gegenüber.
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Die Schaltstücke 8a bis 8c sind über isolierte Durchführungen 21a
bis 21c mit dem Stromwandler 18 verbunden, wie Figur 1 zeigt. Die Schaltstücke 6a
bis 6c und 8a bis 8c sind jeweils mit weiteren Schaltstücken 7a bis 7c bzw. 9a bis
9c leitend verbunden. Diese weiteren Schaltstücke 7a bis 7c wid 9a bis 9c sind ebenfalls
isoliert am Kessel 1a befecitigs urA weisen in Umfangsrichtung einen Abstand zu
den zugehörigen Schaltstücken 6a bis 6c bzw. 8a bis 8c auf. Diesen weiteren Schaltstücken
7a bis 7c und 9a bis 9 liegen im Kessel 1a Erdungsschaltstücke 11a bis 11c Dzw.
10a bis 10c diametral gegenüber. Diese Erdungsschaltstücke sind mit dem Kessel 1a
leitend verbunden und somit geerdet.
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Zentrisch im Kessel 1a ist drehbar eine Isolierwelle 3 gelagert, die
über eine Wellendichtung 22 aus dem Kessel 1a herausgeführt ist. Mit dieser Welle
3 sind Trennarme 2a bis 2c drehfest verbunden. Die Trennarme 2a bis 2c sind mit
der Isolierwelle 3 gegeneinander isoliert. Die Trennarme 2a bis 2c verbinden je
nach ihrer Stellung die Schaltstücke 6a bis Gc mit den Sehaltstücken 8a bis 8c oder
die weiteren Schaltstücke 7a bis 7c mit den Erdungsschaltstücken 11a bis 11c oder
die weiteren Schaltstücke 9a bis 9c mit den Erdungsschaltstücken 10a bis 10c. Ferner
ist eine weitere, in Figur 1 mit 23 bezeich-
nete Stellung vorhanden,
in der die Trennarme 2a bis 2c mit keinem der Schaltstücke oder Erdungsschaltstücke
verbunden sind. Das Verdrehen der Isolierwelle 3 mit den Trennarmen 2a bis 2c erfolgt
mit der Isolierwelle 3, wobei der in Figur 2 angedeutete Antrieb 23 außerhalb des
Kessels 1a sitzt. Der Antrieb 23 kann z.B. ein Sprungantrieb sein. Um den Antrieb
23 für Wartungsarbeiten leichter zugänglich zu machen, wird er zweckmäßigerweise
unterhalb der Schottwand 4 in den Raum B eingebaut.
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Im Ausführungsbeispiel sind die Schaltstücke 6a bis 6c, 7a bis 7c,
8a bis 8c und 9a bis 9c und die Erdungsschaltstücke 10a bis 10c und lia bis 11c
kugelförmig ausgebildet. Die Trennarme 2a bis 2c bestehen aus vier parallel zueinantier
im Quadrat angeordneten runden, leitenden Stäben, die mit den Befestigungsblöcken
24a bis 24c drehfest an der Isolierwelle 3 befestigt sind.
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Dabei ist jeder einzelne Stab mit Spiel befestigt und federnd ausgeführt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß Toleranzen zwischen den Schaltstücken durch den
Trennarm ausgeglichen werden, daß aber trotzdem alle vier Stäbe federnd an den Schaltstücken
anliegen. Zur Veranschaulichung zeigt Figur 5 ein Schaltstück 6a mit einem Trennarm
2a in Draufsicht in vergrößerter Darstellung. Wie Figur 3 verdeutlicht, umgreifen
die Enden der vier Stäbe des Trennarms 2a das Schaltstück 6a. Selbstverständlich
können die Trennarme 2a bis 2c auch in herkömmlicher Weise als Trennmesser und die
Kontaktstücke als Schleifkontakte ausgebildet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Durchführungs-Trenner kann eine wirksame
elektrische Schottung zwischen einzelnen Räumen einer Schaltstation erreicht werden.
Im Gegensatz zu bekannten Durchfuhrungs-Trennern können bei einem Schaltfehler entstehende
Lichtbogen nicht zu Zer-
störungen im Sammelschienenraum und Leistungsschalterraum
führen. Der Durchführungs-Trennschalter kann auf einfache Weise so dicht in eine
Trennwand eingebaut werden, daß durch Lichtbogen ionisierte Gase nicht in einer
zur Zündung eines Lichtbogens ausreichenden Menge von einem Raum in den anderen
Raum dringen können. Auch eine Spannungsverschleppung auf andere Weise ist ausgeschlossen.
Diese Schottung ist gleichwertig einer früher üblichen doppelten Lichtbogenschutzdecke,
wobei aber der Platzbedarf und der konstruktive Aufwand gegenüber der doppelten
Lichtbogenschutzdecke wesentlich vermindert ist. Außerdem kann der Antrieb des.Durchführungs-Trenners,
der unter Umständen gelegentlich gewartet werden muß, dtrch Anordnung im Leistungsschalterraum
leicht zugänglich gehalten werden.
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Der erfindungsgemäße Durchführungs-Trennschalter ermöglicht eine wahlweise
Erdung der Sammelschiene bzw. des Abzweigs oder der Leitungen zum Leistungsschalter
ohne zusätzliche Einrichtung. Gesonderte Erdungsschalter mit Antrieben und Verriegelungen
sind daher nicht notwendig.
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Wenn sowohl auf der Sammelschienenseite als auch auf der Abzweigseite
Durchführungstrenner der beschriebenen Art vorhanden sind, ist es möglich, entweder
die Sammelschiene oder den Ab zweig nach entsprechender Stellung der Durchführungs-Trennschalter
über den Leistungsschalter zu erden. Da der Leistungsschalter auch nach oftmaligem
Schalten eines Kurzschlusses nicht zerstört wird, führt ein versehentliches Erden
einer unter Spannung stehenden Leitung nicht zu einer Beschädigung der Anlage oder
zu einer Gefährdung dXs Bedienungspersonals.
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Da der Durchfiihrungs-Trennschalter im Kessel 1a hermetisch abgeschlossen
ist, ist er frei von Umwelteinflüssen. Eine Erhöhung der benötigten Betätigungskraft
durch Umwelteinflüsse, insbesondere Sand, kann daher nicht auf-
treten.
Wenn der Kessel mit Isoliergas gefüllt ist, können die Trennarme kürzer gestaltet
und damit das zur Betätigung erforderliche Drehmoment verringert werden. Auch eine
Verschlechterung der Isoliereigenschaften der Trennstrecken durch einen Schmutzbelag
bei äußeren Einwirkungen wird durch den Kessel-Einbau verhindert.
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Der beschriebene Durchführungs-Trennschalter bietet wegen seiner guten
elektrischen Schottwirkung, seiner Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse und seiner
einfachen und sicheren Erdungsmöglichkeit gute Bedienungssicherheit für das Betriebspersonal
und Betriebssicherheit für die Anlage. Nach den notwendigen Schalthandlungen kann
z.B. im Leistungss ehalterraum auch bei anstehender Sammelschienenspannung und Abzweigspannung
gefahrlos gearbeitet werden. Zusätzliche Maßnahmen, wie z.B. das bei herkömmlichen
Trennern übliche Einschieben von Isolierplatten, sind nicht notwendig.
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Durchführungs-Trenner der beschriebenen Art können auch für Zweifachsammelschienenanlagen
eingesetzt werden, wie Figur 4 zeigt. Die zweite Sammelschiene 25 wird dabei in
einem weiteren abgeschotteten Raum D untergebracht.
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Die Verbindung der dreiphasigen Sammelschiene 25 mit dem Leistungsschalter
16 erfolgt über einen weiteren Durchführungs-Trenner 1", der gleichartig wie der
DurchfUhrungs-Trenner 1 aufgebaut ist. Mit dieser Anordnung können alle bei einer
Zweifachsammelschienenanlage notwendigen Betriebs- und Erdungsechaltungen durchgeführt
werden. Auch für -diese Ausführungsform gelten die bereits für Einfachsammelschienenanlagen
beschriebenen Vorteile.
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4 Figuren 8 Patentansprüche