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Titel: Elektrische Schaltanlage
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanlage nach dem Gattungsbegriff
des Anspruches 1-.
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Bei der Entwicklung von Stromverteilungssystemen hat sich herausgestellt,
daß das 110-kV- Netz zunehmend Aufgaben der Stromverteilung, d. h. Aufgaben der
früheren Mittelspannungsnetze übernimmt. Diese Entwicklung zeigt sich besonders
deutlich bei den Dreispannungsnetzen der Reihen 10 und 20, bei denen Zwischenspannungen,
wie 60, 50 oder 30 kV nicht vorhanden sind oder zwischenzeitlich umgestellt wurden.
Die Verschiebung der Aufgabenstellung für die Mittelspannungsnetze in der Stromverteilung
hat dazu geführt, daß sich die Verwendung von Einfachsammelschienen in den Mittelspannungsnetzen
durchgesetzt hat. Diese,Entwicklung ist aufgrund der mit gekapselten und/oder isolierten,
trennerlosen Mittelspannungsschaltanlagen mit Einfachsammelschienen gewonnenen Betriebserfahrungen
gerechtfertigt. Daher wird auch zukünftig für den Bereich der Mittelspannungsschaltanlagen
die trennerlose Einfachsammelschiene überwiegend verwendet werden. Dabei ließen
sich mit Hilfe geeigneter Schaltungen für jeden Fall des
typischen
und atypischen Betriebes die Bedingungen des einfachen Zufalls erfüllen.
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Während sich die trennerlosen Mittelspannungsschaltanlagen mit Schaltwagen
oder mit Leistungsschaltern in Einschubtechnik gegenüber Bauweisen mit Trennern
durchgesetzt haben, ist der Versuch, in der 110-kV-Spannungsstufe trennerlose Schaltanlagen
einzuführen, sowohl bei gekapselten Schaltanlagen als auch bei offenen Bauweisen
bisher nicht gelungen. Dieser Umstand ist bemerkenswert, weil sich auch bei den
11 0-kV-Verteilerumspannwerken die Einfachsammelschiene zunehmend durchsetzt und
der Sammelschienentrenner für die Sammelschienenauswahl nicht mehr benötigt wird.
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Aus der DE-OS 27 21 258 ist ein elektrisches Schaltfeld mit einer
Metallkapselung bekannt, die mit Isoliergas gefüllt ist und pro Phase mindestens
einen mit einem axial ortsfesten und einem durch ein Glied einer Betätigungsvorrichtung
axial bewegbaren Stromanschluß versehenen Vakuumschalter als Leistungsschalter umschließt
sowie eine zum Herstellen und Schließen von Trennstrecken ausgebildete Trennschaltereinrichtung
mit ortsfesten und beweglichen Kontaktstücken, eine vor dem einen Stromanschluß
des Vakuumschalters liegende Sammelschiene, einen hinter dem anderen Stromanschluß
des Vakuumschalters angeordneten Kabelanschluß sowie elektrische Verbindungselemente
enthält, wobei der Vakuumschalter als Teil der Trennschaltereinrichtung ausgebildet
und zum Herstellen und Schließen der Trennstrecken bewegbar ist. Das bekannte elektrische
Schaltfeld ist zwar gegenüber bisherigen Schaltfeldern schon wesentlich raumsparender
und wagenlos ausgebildet, aber der Antrieb
für die Leistungsschalterstrecke
und der Antrieb für die Bewegung des Vakuumschalters zum Herstellen oder Schließen
der Trennstrecken benötigen noch.soHiel Raum, daß das Schaltfeld nicht in kompakter
Bauweise erstellt werden kann. Darüber hinaus ist der erforderliche Aufwand für
die Konstruktion des bekannten Schaltfeldes noch ziemlich hoch.
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Weiter ist aus der DE-AS 1 223 924 eine vollisolierte metallgekapselte
Hochspannungsschaltanlage bekannt, die aus einzelnen, miteinander verbundenen Anlagenteilen
zusammengesetzt und nur an einzelnen Stellen der Anlage abgestützt ist, wobei ein
zur Abstützung dienendes metallisches Tragstück vorgesehen ist, das an der Stoßstelle
zweier Anlagenteile zwischen deren Metallkapselung eingefügt ist. Bei der bekannten
Hochspannungs-Schaltanlage können zwar einzelne Anlagenteile demontiert werden,
ohne daß andere Anlagenteile zu lösen oder abzubauen sind, aber die bekannte Anlage
hat den Nachteil, daß die einzelnen Anlagenteile nicht einheitlich aufgebaut sind
und daher nicht in einem Baukastensystem verwendet werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Schaltanlage
zu schaffen, die als variationsfähiges Baukastensystem aus wenigen Elementen aufgebaut
ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen
angegeben. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die Sammelschienenelemente, die
Schalter, die Verbindungselemente sowie die Zusatzeinrichtungen mit gleichen Bauelementen
der spannungsgesteuerten kuppelbaren Steckkontaktvorrichtungen ausgerüstet sind.
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Die erfindungsgemäßen Einzelelemente, die durch Kombination zu Schaltfeldern
und weiter zu reihbaren Schaltanlagen vereinigt werden können, haben gegenüber den
bekannten Mittelspannungsschaltanlagen erhebliche Vorteile.
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Aufgrund der durchgeführten einphasigen Kapselung - einschließlich
der integrierten Schaltstrecken - ergeben sich besondere Vorteile für den Einsatz
unter anderem in gelöscht betriebenen Mittelspannungsnetzen. Die mit Isoliergas
gefüllten Elemente ermöglichen einen absolut wartungsfreien Betrieb. Die erfindungsgemäße
Elementetechnik ermöglicht darüber hinaus, Schaltfeld und Schaltanlagen mit geringstem
Aufwand zu montieren. Die leichte Auswechselbarkeit von Elementen ist genau so gewährleistet
wie die einfache Ergänzung von Schaltanlagen. Weiter ist der erforderliche Aufwand
für durchlaufende Sammelschienenabschnitte ohne Schaltereinschübe sowie für Sammelschienenlängskupplungen
sehr klein. Vor allem sind alle Spannungeführenden Teile metallisch berührungssicher
gekapselt.
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Besonders der Einsatz der erfindungsgemäßen für alle Übergänge einheitlichen
spannungsgesteuerten Steckkontaktvorrichtung ermöglicht, sehr kostengünstige Schaltanlagen
zu erstellen. Darüber hinaus erlaubt die einphasige Kapselung eine günstige Geometrie
für die Feldverteilung.
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Der in Einschubtechnik konstruierte phasenweise isolierte Leistungsschalter
mit den auch an den Sammelschienen verwendeten Steckkontaktvorrichtungen ermöglicht
auch das Herstellen einer Trennstrecke und verringert so den Herstellungsaufwand
der Schaltwagenanlagen, reduziert die Anforderungen an die Schaltanlagengebäude
und verbessert die betriebliche Hantierbarkeit dieser Schalter.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
in schematischer Darstellung: Fig. 1 ein einphasig isoliertes Sammelschienenelement
nach der Erfindung; Fig. 2 eine spannungsgesteuerte Steckkontaktvorrichtung nach
der Erfindung im Schnitt; Fig. 3a, b einen Leistungsschaltereinschub mit der spannungsgesteuerten
Steckkontaktvorrichtung nach der Erfindung; Fig. 4a, b, c, Varianten von Verbindungselementen
mit der spannungsgesteuerten Steckkontaktvorrichtung nach der Erfindung in Normalausführung,
mit Spannungswandler bzw. mit Spannungswandler und Schnellerder jeweils für den
Anschluß von Einleitermittelspannungskabeln in Stecktechnik; Fig. 5 eine gemäß der
Erfindung aufgebaute Mittelspannungsschaltanlage in Vorderansicht und Fig. 6 die
Mittelspannungsschaltanlage gemäß Fig. 5 in Seitenansicht.
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In Fig. 1 ist ein einphasig isoliertes, metallgekapseltes Sammelschienenelement
11 schematisch dargestellt, das durch einen Kupplungsteil 12 auf der einen Seite
und einen Steckerteil 13 auf der anderen Seite abgeschlossen ist.
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Das Sammelschienenelement 11 ist T-förmig gestaltet, wobei am oberen
Querträger jeweils der Kupplungsteil 12
und der Steckerteil 13 angeordnet
sind, während am Längsträger ein weiterer Kupplungsteil 12'mittig angebracht ist.
Aufgrund dieser vorteilhaften Anordnung sind zusätzliche Stützen für die Sammelschiene
nicht erforderlich, da der Kupplungsteil 12' zur Aufnahme eines Steckerteils von
Zusatzeinrichtungen oder Schaltern die Sammelschiene bei allen Phasen mittig stützt.
Aus Fig. 1 ist beim Kupplungsteil 12' ein Kontaktträger 27 mit angebrachten Kontaktlamellen
26 sowie ein Isolierteil 29 anhand der dargestellten Draufsicht lediglich schematisch
erkennbar. Einzelheiten gehen eher aus der in Fig. 2 dargestellten Schnittzeichnung
einer gekoppelten spannungsgesteuerten Steckkontaktvorrichtung 21, beispielsweise
von zwei Sammelschienenelementen nach Fig. 1, beispielhaft hervor.
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Aus Fig. 2 sind deutlich der gekoppelte Steckerteil 13' mit dem Kupplungsteil
12' zu erkennen, die als äußere Umhüllung eine Metallkapselung 22 tragen, die mit
einem Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, gefüllt ist. Die Steckkontaktvorrichtung
21 weist ein jeweils über Isolierteile 28, 29 mittig gehaltenes leitfähiges Rohr
23 auf, beispielsweise aus Kupfer, wobei das Rohr jeweils an der Kontaktstelle mit
dem Kontaktträger 27 und einem Kontaktaufnehmer 25 versehen ist. Am Kontaktträger
27 sind zur Herstellung eines reibungsechlüssigen Kontaktes mit dem Kontaktaufnehmer
25 vorteilhafterweise die Kontaktlamellen 26 angebracht. Die Metallkapselung 22
ist dabei so ausgelegt, daß bei einem Druckanstieg des eingeschlossenen Isoliergases,
z.B. bei stärkeren Störlichtbögen, sich die Metallkapselung geringfügig ausdehnen
kann, um so entstehenden Überdruck an Dichtungen 24 des Kupplungsteils der Steckkontaktvorrichtung
gefahrlos entweichen zu lassen.
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in Fig. 3 ist ein Schalter 30, beispielsweise ein Leistungsschalter,
mit den bevorzugten Steckkontaktvorrichtungen schematisch gezeigt, wobei der Steckerteil
13" jeweils zu erkennen ist. Infolge der versetzten Anordnung der Steckerteile,
was aus Fig. 3b deutlich zu erkennen ist, wird ein symmetrischer Aufbau der Sammelschienenelemente
ermöglicht. Darüber hinaus ist der Leistungsschalter 30 mit einer besonderen Konstruktion
70 ausgestattet, mit der der Leistungsschalter zum Herstellen und Schließen von
sichtbaren Trnnstrecken ausziehbar ist.
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Dabei werden für die Steckerteile 13" des Leistungsschalters 30 die
gleichen Bauteile'wie für die der spannungsgesteuerten Steckkontaktvorrichtungen
21 für die Sammelschienenelemente 11 und Abgangsschienenelemente verwendet.
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In Fig. 4 sind Varianten von Abgangselementen oder Verbindungselementen
40 dargestellt, die nach den gleichen Konstruktionsmerkmalen wie die der Sammelschienenelemente
11 aufgebaut sind. Dabei zeigt die Fig. 4a ein kr -förmiges Verbindungselement 40'
in Normalausführung, während Fig. 4b ein Verbindungselement 40" in Normalausführung
mit Spannungswandler 50 zeigt. Gemäß Fig. 4c ist ein Verbindungselement "'dargestellt,
das mit drei Abgängen gegenüber zwei Abgängen der Normalwausführung ausgerüstet
ist. An einem Abgang kann auf diese Weise zusätzlich der Anschluß eines Erdungsschalters
60 vorgesehen werden. Der Spannungswandler 50 ist wie bei der Variante gemäß Fig.
4b ebenfalls vorgesehen.
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Eine komplette einphasig metallgekapselte Mittelspannungsschaltanlage
in Elementetechnik mit Spannungswandler und Erdungsschalter ist in Fig. 5 und 6
dargestellt, wobei Fig. 5 die Vorderansicht zeigt, während Fig. 6 eine Seitenansicht
der in Fig. 5 dargestellten Mittelspannungsschaltanlage
zeigt.
In Fig. 5 sind einzelne Sammelschienenelemente 11 mit dem Steckerteil 13 und.dem
Kupplungsteil 12 der spannungsgesteuerten Steckkontaktvorrichtung für die einzelnen
drei Phasen L 1, L 2 und L 3 erkennbar. Der Leistungsschalter 30 ist gemäß der Elementetechnik
auf die Sammelschienenelemente und die Verbindungselemente 40 "' aufgeschoben, was
deutlich aus der Seitenansicht gemäß Fig. 6 hervorgeht. Weiter ist in Fig. 6 der
am Verbindungselement 40 "' angebrachte Spannungswandler 50, der an einem Abgang
angeordnete Erdungsschalter 60 und ein an einem weiteren Abgang eingeführter Kabelanschluß
42 zu erkennen.
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Auf die Darstellung und Erleuterung der für das bevorzugte Ausführungsbeispiel
unwesentlichen, teils bekannten Teile, wie Bedienungseinrichtungen, Schaltersteuerleitungen
und dergleichen, ist bei den Fig. 1 bis 6 der Einfachheit halber verzichtet worden.
Die möglichen Lastrennerstrecken treten in der Anordnung räumlich an die Stelle
der Leistungsschalterstrecken.
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Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Mittelspannungsschaltanlage
in Kompaktbauweise aufgrund der Elementetechnik und speziellen Einschubtechnik erhalten.
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Dabei werden die beim Einsatz von metallgekapselten Sammelschienen
bisher bei solchen reihbaren Anlagen auftretenden Ausdehnungsprobleme in vorteilhafter
Weise dadurch gelöst, daß die verwendeten gleichartigen Sammelschienenelemente der
spannungsgesteuerten Steckkontaktvorrichtungen sich aufgrund ihrer Ausbildung ausdehnen
können, weil die Sammelschienen nicht starr miteinander verbunden, sondern in gekoppelter
Anordnung zusammengesteckt sind. Darüber hinaus ermöglichtn Vakuumschaltstrecken
der Leistungsschalter für Mittelspannungsschaltanlagen,
daß die
Schaltstrecke mit vergleichsweise geringem Aufwand in das Isoliersystem einer Schaltanlage
einbezogen wird. Daher ist eine für die Feldverteilung günstige einphasig isolierte,
berührungssichere Schaltanlage aus wenigen Aufbauelementen herzustellen. Eine solche
Schaltanlage kommt der ganz überwiegend angewendeten Erdschluß kompensierten Betriebsweise
der Mittelspannungsnetze entgegen.
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L e e r s e i t e