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Steckverbindung für gekapselte Mittelspannungsanlagen
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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung für gekapselte Mittelspannungsanlagen.
Derartige Steckverbindungen sind als "Elastimoldstecker" im Handel erhältlich. Diese
Steckverbindungen sind berührungssicher ausgeführt und die spannungsführenden Teile
sind durch die Isolierung allen Umwelteinflüssen entzogen, sodaß die Stecker sogar
als überflutbar gelten. Solche Stecker sind besonders vorteilhaft in gekapselten
Anlagen einsetzbar, z.B, wenn die Schaltgeräte in Kessel-Bauweise mit 01- oder SF6-Gasfüllung
ausgeführt sind. Damit kann die ganze Anlage berührungssicher ausgeführt werden,
sodaß eine gefahrlose Zugänglichkeit zu den außerhalb des Kessels unterzllbrlngenden,
wartungsbedürftigen Teilen, z.B. Antrieben, erreicht wird. Außerdem können damit
sämtliche spannungsführende Teile der Anlage den Umwelteinflüssen entzogen werden
problematisch ist dabei jedach die Unterbringung der Sicherdugen. Ein Einban z.B.
In einen Schalter-Kessel h
den Nachteil, daß die Sicherungen zum
Auswechseln nur unter großem, nicht vertretbarem Aufwand zugänglich sind.
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Da die Sicherungen für Luft als Isoliermedium dimensioniert und daher
relativ lang sind, würde ein Einbau in einen Schaltkessel, der ein sehr viel hochwertigeres
Isoliermedium (z.B. SF6 oder Öl) aufweist und der daher ansonsten sehr kompakt gebaut
werden kann, die benötigten Kesseldimensionen erheblich vergrößern. Auch ein Anbau
der Sicherungen unmittelbar am Schaltkessel, jedoch außerhalb des Kesselinneren,
würde zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Kesseldimensionen führen, da die Phasenabstände
für Luftisolierung eingehalten werden müßten.
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Ein Einbau in die Schaltstation ohne Schutzumkleidung kommt wegen
der in den meisten Fällen geforderten Berührungssicherheit; nicht in Frage. Um die
Sicherungen zugänglich zu halten und trotzdem berührungssicher einzubauen, mußte
man daher bisher einen eigenen Hochspannungsschrank mit Türen und Druckentlastungen
vorsehen.
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Dieser Hochspannungsschrank steht im Raumbedarf j Jedoch in keinem
vertretbaren Verhältnis zu dem des Schaltkessels. Außerdem sind wegen unvermeidlicher
Türspalt die Sicherungen Umwelteinflüssen ausgesetzt.
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Bei Anschluß-Kupplungen von Autoradios ist es bekannt, in die Steckkupplung
eine Sicherung einzubauen. Dabei ist die Isolierung zwischen den Anschlüssen einer
durchgebrannten Sicherung durch die Luftstrecke zwischen den Anschlüssen gegeben
und der Einbau in die Steckkupplung hat keinen Einfluß auf die Isolierung.
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Herkömmliche Mittelspannungssicherungen zeigen eine so hohe Wärmeentwicklung,
so daß ein Einbau analog zur Sicherung von Autoradios in einen geschlossenen Stecker
mit zwangsläufig geringer Wärmeabfuhr nicht möglich ist. Ubliche Mil;telspannungssicherungen
weisen auch eine Anzeige auf, die mit dem SchmeZzdraht zusammenwirkt und die an-
zeigt,
daß die Sicherung angesprochen hat. Eine derartige Anzeige wäre bei Einbau in eine
Steckverbindung nicht mehr sichtbar. Ferner sind Mittelspannungssicherungen üblicherweise
mit einer Vorrichtung versehen, die den zugeordneten Schalter auslöst, sobald die
Sicherung durchgebrannt ist. Damit wird eine sichere, dreiphasige Trennstelle bei
Ansprechen der Sicherung geschaffen, was insbesondere deshalb von Bedeutung ist,
weil übliche Sicherungen nach Durchschmelzen des Drahtes eine gewisse Leitfähigkeit
durch den in der Sandfüllung niedergeschlagenen Metalldampf behalten. Aus den genannten
Gründen ist ein Einbau einer herkömmlichen Mittelspannungssicherung in eine Steckverbindung
analog der Kupplung bei Autoradios nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer gekapselten Mittelspannungsanlage
mit Steckverbindungen die Sicherungen so einzubauen, daß sie leicht zugänglich bleiben,
berührungssicher und frei von Umwelteinflüssen sind und daß sie möglichst wenig
Platz beanspruchen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Steckverbindung
eine Vakuumsicherung eingebaut ist.
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Unter Vakuumsicherung wird dabei eine Sicherung verstanden, deren
Schmelzdraht in einem evakuierten Gehäuse, z.B.
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einem Rohr eingebaut ist, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, die
den beim Durchschmelzen entstehenden Metalldampf auffangen. Es kann z.B. eine Vakuumsicherung
eingesetzt werden, wie sie in der DE-OS 23 47 183 beschrieben ist.
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Die oben geschilderten Nachteile des Sicherungseinbaus in eine Steckverbindung
einer gekapselten Mittelspannungsanlage treten dabei nicht auf bzw. sind einfach
zu beseitigen. Die Vakuumsicherung entwickelt relativ wenig Wärme, da sie nur einen
herzen Schmelzdraht aufweist, der zudem nur sehr wenig Wärme an die Umgebung ableiten
kann. Da
der beim Durchschmelzen entstehende Metalldampf an definierten
Stellen, z.B. an Schirmen, kondensiert, stellt die Vakuumsicherung nach dem Durchschmelzen
einen hervorragenden Isolator dar. Ein wesentlicher Grund, der bisher die Auslösung
des vorgeordneten Schalters nach Ansprechen der Sicherung erforderlich machte, fällt
damit weg.
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Auf eine Auslösevorrichtung für den Lasttrennschalter kann daher verzichtet
werden. Die Vakuumsicherung weist auch keine Anzeige auf, wenn sie angesprochen
hat. Diese Anzeige kann, wenn erforderlich, jedoch auch durch auf das Zuleitungskabel
aufgesteckte Kurzschlußanzeiger ersetzt werden. Diese Kurzschlußanzeiger reagieren
z.B. auf das stark erhöhte Magnetfeld, das bei Kurzschlußstrom entsteht.
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Die Vakuumsicherung ist nach Trennen der beiden Steckerteile leicht
auswechselbar. Die Vakuumsicherung kann ohne großen Aufwand so eingebaut werden,
daß sie berUhrungssicher und frei von Umwelteinflüssen ist. Der Einbau der Vakuumsichertmg
bedingt zwar größere Steckverbindungen, der zusätzlIche Raumbedarf ist aber geringer
als z.B. bei Einbau der Sicherungen in eigene liochspannungsschränke. Da die Sicherungen
in den Steckverbindungen völlig von Isoliermaterial umgeben sind, muß auch der Phasenabstand
zwischen den Steckern nicht erhöht werden.
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Bei einer Steckverbindung für gekapselte Mittelspannungsanlagen der
obengenannten Art mit zwei Steckerteilen können beide Steckerteile je einen Ringflansch
aufweisen, wobei der die spannungsführenden Teile der Vakuumsicherung umgebende
Isolierkörper der Vakuumsicherung mindestens mit dem äußeren Bereich seiner Stirnflächen
zwischen den beiden Ringflanschen liegt und zwischen diesen zusammengepreßt wird.
Um bei durchgebrannter Sicherung eine ausreichende Isolationsfähigkeit zu erhalten,
muß die Länge von Vakuumsicherungen bei herkömmlichem Einbau nach der äußeren Luftstrecke,
und zwar dem Fadenmaß zwischen
den beiden Anschlüssen dimensioniert
werden. Bei Vakuumsicherungen käme man im Inneren mit sehr kleinen Abständen zwischen
den Elektroden aus, die äußeren Abmessungen sind aber durch die benötigte Luftstrecke
bestimmt. Wenn nun ein äußerer Umfangsbereich der Vakuumsicherung zwischen den beiden
Flanschen liegt und zwischen diesen zusammengepreßt wird, gibt es keine Luftstrecke
zwischen den beiden Anschlüssen und ein Überschlag in Luft ist nicht möglich. Der
Abstand zwischen den Anschlüssen muß nun je nach Qualität der Preßfugen zwischen
der Vakuumsicherung und den Flanschen nach der Länge dieser Preßfugen oder nach
der Durchschlagsfestigkeit des Isolierkörpers der Vakuumsicherung bzw. der Steckerteile
ausgelegt werden. Dadurch kann die Sicherung wesentlich kürzer und damit mit verringertem
Raumbedarf gebaut werden. Bei dem im einleitenden Beschreibungsteil erläuterten
Einbau einer Sicherung in eine Anschlußkupplung für Autoradios ist die Isolierung
zwischen den Anschlüssen einer durchgebrannten Sicherung durch die Luftstrecke zwischen
den Anschlüssen gegeben.
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Der Einbau in eine Anschlußkupplung hat dabei keinen Einfluß auf den
benötigten Abstand zwischen den Anschlüssen und die dadurch vorgegebene Baulänge.
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Der Isolierkörper kann von der Vakuumsicherung seitlich scheibenförmig
abstehen und gerippt sein, wobei die Form der Ringflansche an die Form des Isolierkörpers
angepaßt ist. Beim Zusammenpressen des gerippten Isolierkörpers zwischen den beiden
Flanschen entsteht dann eine besonders lange Preßfuge. Dadurch kann die Baulänge
der Sicherung weiter verkürzt werden. Die Vakuumsicherung wird damit zwar breiter,
was aber nicht stört, da zwischen den Phasen des Schaltkessels ohnehin ausreichende
Abstände zur Unterbringung einer Steckverbindung mit größerem Durchmesser vorhanden
sind.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Steckverbindung beispielhaft
anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben.
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Dabei zeigt: Figur 1 eine Seitenansicht der Steckverbindung in aufgeschnittener
Darstellung, Figur 2 eine Draufsicht auf die Steckverbindung, Figur 3 im Detail
eine Schraubverbindung zwischen den Steckerteilen.
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Die Steckverbindung 1 besteht aus den zwei Steckerteilen 1a und Ib.
Dabei ist der Steckerteil 1a mit einem Kabel 3 verbunden, während der Steckerteil
1b in eine Aussparung einer Kesselwand 4 eingebaut ist und mit in den Figuren nicht
dargestellten Elementen im Inneren des Kessels 4, z.B. Schaltgeräten oder Transformatorwicklungen
verbunden ist. In den Steckerteilen 1a und Ib sind die Steckkontakte 1e bzw. If
angeordnet, die als federnde Zungen ausgebildet sind. Mit diesen Steckkontakten
le und 1f wird die Vakuumsicherung 2 leitend verbunden.
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Die Vakuumsicherung 2 weist ein evakuiertes Isolierrohr 2a auf. Im
Rohr 2a ist zwischen zwei Elektroden 2b und 2c der Schmelzdraht 2d gespannt. Um
zu verhindern, daß sich beim Verdampfen des Schmelzdrahts 2d Metalldämpfe am Isolierrohr
2a niederschlagen und dort einen leitenden Belag erzeugen, ist ein Auffangschirm
2e vorgesehen, der in Figur 1 nur schematisch angedeutet ist. Der Auffangschirm
2e ist in der Mitte des Isolierrohrs 2a mit einem Ring 2k mit dem Isolierrohr 2a
verbunden, um die zwischen den Elektroden 2b und 2c liegende Kriechstrecke des Isolierrohrs
2a möglichst wenig zu verkürzen. Die Elektroden 2c und 2b weisen außerhalb des Rohrs
2a Kontaktstifte 2f bzw. 2g auf, die in die federnden Zungen der Steckkontakte 1c
bzw. 1d eingreifen und dadurch den elektrischen Kontakt herstellen.
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Das Isolierrohr 2a der Vakuumsicherung 2 ist von einem scheiben örmi
gen, gerippten Iso] ierkörper 2h umgeben.
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Der Isolierkörper 2h ist mit dem Isolierrohr 2 kriechstromfest verbunden,
z.B. auivnlkanlsiert. Der Isolierkörper 2h wiegt zwischen den beiden Flanschen 1c
und 1d der Steckerteile 1a bzw. 1b. Dabei sind die Formen der Flansche 1c, 1d und
des Isolierkörpers 2h so angepaßt, daß eine möglichst fugenfreie Verbindung entsteht.
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Zur Erzielung einer möglichst fugenfreien Verbindung sind ent;weder
die Steckerteile 1c und 1d oder der Isolierkörper 2h elastisch ausgeführt. Der Isolierkörper
2h wird mit den Schrauben 5 bis 8 zwischen den beiden Flanschen 1c und 1d zusammengepreßt.
Wie Figur 3 im Detail am Beispiel einer Schraube zeigt, liegen die Schrauben dabei
außerhalb des Isoliermaterials. Zur Übertragung der Schraubenspannung ist eine auf
dem Flansch 1c aufliegende Druckplatte 9 vorgesehen.
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Durch die Anordnung der Vakuumsicherung 2 mit dem scheibenförmigen
Isolierkörper 2h zwischen den Flanschen 1c und 1d existiert keine Luftstrecke zwischen
den spannungsführenden Teilen der Vakuumsicherung 2, durch die bei durchgebrannter
Vakuumsicherung 2 ein Übersdlag erfolgen könnte. Im Inneren der Vakuumsicherung
2 bildet das Vakuum bei verdampftem Schmelzdraht 2c einen hervorragenden Isolator.
Es könnte also nur ein Durchschlag durch das Isoliermaterial des Isolierkörpers
2h bzw. des Isolierrohrs 2a oder ein Durchschlag durch die Preßfuge zwischen dem
Isolierkörper 2h und den Flanschen 1c und 1d zum leitenden Außenbelag des Steckers
1 erfolgen. Im Hinblick auf die Durchschlagfestigkeit des Isolierrohrs 2a und des
Isolierkörpers 2h kann man die Sicherung 2 sehr kurz bauen, da diese Durchschlagfestigkeit
um Größenordnungen besser als die Uberschlagfestigkeit von Luft ist. Auch im Hinblick
auf die Preßfuge zwischen dem Isolierkörper 2h und den Flanschen 1c und 1d kann
man
die Länge tier Sicherung 2 sehr kurz halten, dcl man mit einem
gerippten Isolierkörper 2h eine schr lange Preßfuge erzeilen kann und außerdem durch
Verwendung von elastischem Material und speziellen Fetten die Preßfunge elne gute
eiektrische Isollerfähigkeit aufweist. Durch den scheibenförmigen Isolierkörper
2h wird zwar der Durchmesser der Vakuumsicherung 2 größer als bei herkömmlichen,
außen luftisollerten Vakuumsicherungen, der größere Durchmesser ist aber im gegensatz
zu einer gro!3en Bau-Länge nicht störend, da ohnehin ein ausreichender Abstand zwischen
den Aiischliissen verschiedener Phasen vorhandeln ist.
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Da die Vakuumsicherung wegen des kurzen Schmelzdrahts iuid cler guten
Warmeisolierung des Schmelzdrahts gegen die Umgebung eine geringe Wärmeentwicklung
aufweist, tritt keine Überhitzung bei Einbau in die Steckverbindung auf.
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I)ie Sicherung 2 kann einfach ausgewechselt worden, indem nun die
Schrauben 5 bis 8 Löst und den steckerteil 1a abzieht. Die Steckverbindung 1 mit
der eingebauten Vakuumsicherung 2 ist völlig berührungssicher und alle Isolierstecken
sind frei von Umwelteinflüssen. Bet Anwendung der Steckverbindung mit der eingebauten
Vakuumsicherung 2 In Mittelspannungsanlagen mit Kesseleinbautechnik kann dadurch
ein völlig berührungssicherer, gegen Umwelteinflüsse geschützter Aufbau der mittelspannungsanlage
erreicht werden. Der Einbau der Vakuumsicherung 2 in die Steckverbindung 1 ergibt
einen sehr geringen Raumbedarf, der weiter dadurch vermindert wird, dai3 die sonst
übliche äußere Luftisolation der Vakuumsicherung durch eine Feststoffisolation ersetzt
wird und damit die Vakuumischerung eine sehr geringe Bautänge aufweist.
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I)ie beiden Steckertelle 1c, id sind so ausgebildet, daß sie auch
ohne Einfügung einer Sicherung 2h nahezu fugenlas zusammenpassen. Bei Verwendung
der Steckverbindung ohne Sichorung muß nur eine Kontaktbrücke In einen der Steckkontakte
le oder if eingefiigt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen den Steckerteilen
zu erreichen. I)ie beschriebene Steckverbindung kann daher je nach Bedarf mit oer
ohne sicherung eingesetzt werden.
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Eine Schalterauslösung bei Ansprechen der Vakuumsicherung 2 ist im
allgemeinen nicht nötig, da die Vakuumsicherung 2 nach dem Durchschmelzen im Gegensatz
zu herkömmlichen Sicherungen hervorragende Isolationseigenschaften aufweist und
damit eine vollwertige Trennstrecke darstellt.
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Auf eine Anzeige, daß die Vakuumsicherung 2 angesprochen hat, wird
man im aLlgemeinen verzichten, da dies auch durch Spannungsausfall bei den nachgeschalteten
Geräten auffällt. Wo eine solche Anzeige erwünscht ist, kann man das Zuietungskabel
3 mit einem Kurzschlußauzeiger 10 versehen, der auf das erhöhte Magnetfeld bei Kurzschlußstrom
anspricht. Mit hilfe dieses Kurzschlußanzeigers könnte mari dabei bei Bedarf auch
eine Schalterauslösung bei ansprechen der Vakuumsicherung 2 vorsehen. Auch der Einsatz
von anderen Kurzschlußanzeigevorrichtungen wäre möglich, z.B. von Vorrichtungen,
die auf die Spannung ansprechen, dle bei Durchbrennen der Vakuumsicherung 2 an der
Vakuumsicherung ansteht.
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3 Figuren 5 P a t e n t a n s p r ü c h e